Считается, что такие скалистые планеты, как Земля, начинались как пыль, кружащаяся над недавно родившимися звездами, и сведения о происхождении такой пыли приходят к нам на современных метеоритах и кометах, а также в наблюдениях околозвездных дисков вокруг молодых звезд.
Но тайна скрыла детали эволюции пыли и того, как она в конечном итоге образует более крупные объекты. Теперь две статьи в журнале Природа предлагают новый механизм, чтобы объяснить это.
Новый механизм зависит от теплового удара кристаллических зерен пыли, которые каким-то образом мигрировали из того места, где они были созданы - предположительно близко к Солнцу - во внешнюю Солнечную систему. Подразумевается, что тот же процесс должен происходить вокруг других молодых звезд.
Трио прошлых гипотез было предложено, чтобы объяснить миграцию, но ни одна из них не совсем подходит. Они включали, по словам физика Деяна Винковича из университета Сплита в Хорватии, турбулентное перемешивание, баллистический запуск частиц в плотном ветре, создаваемом взаимодействием аккреционного диска с магнитным полем молодой звезды (так называемая модель X-ветра), и перемешивание, опосредованное переходными спиральными рукавами в незначительно гравитационно неустойчивых дисках. Винкович является ведущим автором на одном из Природа документы.
«Турбулентное перемешивание требует источника эффективной турбулентной вязкости, и магнитовращательная неустойчивость используется в качестве наиболее перспективного кандидата, но большие отрезки диска считаются недостаточно ионизированными, чтобы поддерживать эту неустойчивость активной», - написал он. «Модель X-ветра опирается на теоретическое представление о конфигурациях магнитного поля в непосредственной близости от звезд перед главной последовательностью, и большие надежды возлагаются на будущие наблюдения для разрешения этого затруднения».
И, наконец, «модель спиральных рукавов находится в области дискуссий о том, достаточно ли реалистичны исходные числовые значения, физические приближения и предположения о начальных условиях, чтобы сделать результаты правдоподобными».
В другой статье Питер Абрахам из Венгерской академии наук и его коллеги обнаружили подпись кристаллической пыли после того, как вспыхнула молодая звезда, в то время как архивные данные не показали ее признаков до вспышки.
В статье Винковича исследуется перемешивание крупных частиц кристаллической пыли в протопланетной туманности вокруг молодого Солнца.
Сила, создаваемая светом, падающим на объект, является хорошо известным явлением, называемым давлением излучения. Мы не чувствуем этого в повседневной жизни, потому что мы слишком массивны, чтобы этот эффект был заметен. С другой стороны, для очень маленьких частиц эта сила может быть больше, чем сила тяжести, которая удерживает частицы на орбите вокруг звезды. Исследования были сфокусированы только на радиационном давлении из-за звездного света. Результаты показали, что отдельные зерна не будут перемещаться далеко и будут толкаться глубже в диск.
Винкович сообщает, что инфракрасное излучение, исходящее от запыленного диска, может выводить зерна размером более одного микрометра из внутреннего диска, где они выталкиваются наружу под действием звездного излучения, скользя над диском. Зерна повторно попадают в диск с радиусами, когда он слишком холодный, чтобы обеспечить достаточную поддержку давления инфракрасного излучения для данного размера зерна и плотности твердого вещества.
Однако Винкович указывает, что сияет не только звезда, но и диск. При изучении воздействия на протопланетные частицы пыли размером более одного микрометра, что сопоставимо с размером частиц сигаретного дыма, Винкович обнаружил, что интенсивный инфракрасный свет от самых горячих областей протопланетного диска способен выталкивать такую пыль из диска. Инфракрасное излучение - это то, что мы можем ощущать как «тепло» на нашей коже. Комбинация радиационного давления от звезды и диска создает суммарную силу, которая позволяет частицам пыли перемещаться по поверхности диска от внутренних к внешним областям диска.
Температура в этой горячей области достигает около 1500 градусов Кельвина (2200 градусов по Фаренгейту), что достаточно для испарения твердых частиц пыли или для изменения их физической и химической структуры. Механизм, который Винкович описывает в своей статье, переносит такие измененные частицы пыли в более холодные области диска от звезды. Это может объяснить, почему кометы содержат удивительное сочетание льдов и частиц, измененных при высоких температурах. Астрономы были озадачены этой смесью, так как кометы образуются в областях холодного диска из замороженных веществ, таких как вода, углекислый газ или метан. Поэтому ожидается, что частицы каменистой пыли, которые в конечном итоге смешиваются со льдом, никогда не будут испытывать высоких температур.
В редакционной статье, сопровождающей исследования, астрофизик Айген Ли из Миссурийского университета написал, что происхождение кристаллических силикатов в кометах «было предметом споров с момента их первого обнаружения 20 лет назад».
В то время как Ли рекламирует в новой теории обещание: «Было бы интересно посмотреть, будут ли другие механизмы, такие как турбулентное смешивание и модель« X-wind », эффективно переносить субмикрометровые зерна, которые являются эффективными излучателями среднего ИК-диапазона, наружу и включать их в кометы », - написал он. «Также возможно, что некоторые, но не все, кристаллические силикаты образуются in situ в кометных комах».
Источник: пресс-релиз Винковича. Посмотрите короткую анимацию, показывающую, как работает предложенный механизм перемещения пыли.
