Новые снимки с японского телескопа Subaru показывают, как близкая молодая звезда быстро закончила свое детство. Разрыв расположен примерно на том же расстоянии от звезды, что и орбита Сатурна, и он дает дополнительные доказательства теории о том, как диски материала развиваются вокруг молодых звезд.
Приблизившись к находящейся рядом молодой звезде HD 141569A, астрономы из Национальной астрономической обсерватории Японии и Института астрономии Макса Планка использовали телескоп Subaru на Мауна-Кеа, Гавайи, чтобы обнаружить дыру в диске, окружающем газ и пыль звезда. Существование этого большого промежутка, размером примерно с орбиту Сатурна, подтверждает теорию, что эта молодая звезда внезапно закончила свое детство, ионизировав и оттолкнув газ в диске, из которого она родилась.
Команда, возглавляемая доктором Мивой Гото и профессором Томонори Усуда, воспользовалась превосходным пространственным разрешением, достигаемым системой адаптивной оптики и инфракрасной камерой и спектрографом (IRCS) на Subaru, для разрешения самой внутренней части диска вокруг HD 141569A в эмиссионные линии оксида углерода в инфракрасной части электромагнитного спектра. Известно, что диск существует из предыдущих исследований пыли вокруг звезды. Изучая газ, новое исследование успешно определило размер внутренней очистки в диске.
Эмиссия от окиси углерода (CO) в диске, окружающем HD 141569A, который находится на расстоянии около 320 световых лет от Земли, простирается на расстояние, в пятьдесят раз превышающее орбиту Земли. (Расстояние между Землей и Солнцем называется астрономической единицей. В нашей солнечной системе орбитальный радиус Нептуна составляет около 30 а.е.). Постепенно он становится сильнее к внутренней части, ближайшей к звезде. Излучение достигает максимума около 15 а.е., затем уменьшается до центральной звезды. «Теперь мы знаем, что во внутренних 11 а.е. диска остается мало газа», - сказал Усуда. «Другими словами, HD 141569A полностью развил дыру в центре его диска молекулярного газа больше, чем размер орбиты Сатурна».
«Размер отверстия очень важен, - сказал Гото, - потому что он ограничивает возможности того, как дыра оказалась на первом месте».
Теоретически, околозвездный диск может иметь внутреннюю полость, созданную замыканием линий в магнитосфере звезды, что отрезает диск. Это называется магнитосферным усечением и может объяснить, почему в пыли есть зазор. Тем не менее, размер усечения должен быть намного меньше, равный сотой астрономической единице, или примерно размера самой звезды, так что это не может объяснить настоящее наблюдение.
Уничтожение пыли излучением звезды в процессе, называемом сублимацией, также может привести к образованию внутреннего отверстия в диске. Опять же, ожидаемый радиус от такой активности слишком мал, около десятой части радиуса Земли, чтобы учесть центральную полость HD 141569A.
Наилучшее объяснение размера центральной полости HD 141569A обусловлено тем, что она соответствует гравитационному радиусу звезды. Это радиус, где скорость звука ионизированного газа, вытекающего из звезды, равна скорости выхода из звезды. Другими словами, газ вне гравитационного радиуса может свободно выходить из системы после его ионизации. Газ в диске является самым плотным в гравитационном радиусе и получает больше излучения от центральной звезды, чем от внешней части. Поэтому потеря массы диска при фотоиспарении наиболее эффективна на гравитационном радиусе.
Аналогичная шкала размеров внутренней полости диска HD 141569A и его гравитационного радиуса, составляющая около 18 астрономических единиц, указывает на то, что отверстие создается фотоиспарением, когда газ ионизируется и отталкивается. Это также показывает, что в целом фотоиспарение действительно эффективно при удалении диска вокруг молодой звезды, даже если могут присутствовать и другие процессы (например, накопление материала в комки, называемые вязкой аккрецией).
Эта теоретическая картина не нова, но настоящее наблюдение является первым, которое предлагает какие-либо четкие доказательства в поддержку этой теории. На этой картине околозвездные диски не испаряются медленно из областей, непосредственно примыкающих к центральной звезде. Вместо этого дыра размером с гравитационный радиус звезды появляется более или менее резко, а затем увеличивается до тех пор, пока не исчезнет диск и потенциал для формирования планет.
Роль околозвездного диска
Звезда рождается, когда газ собирается внутри молекулярного облака. Газ в основном в форме молекулярного водорода. Поскольку у газа есть момент импульса, он не может приземлиться прямо на поверхность звезды. Вместо этого он образует тонкую дискообразную структуру вокруг звезды и медленно теряет импульс при вращении вокруг звезды и, таким образом, звезда может в конечном итоге втянуть его. Без такого «околозвездного диска» звезда не могла бы собирать массу из его родовое облако.
Помимо функции подачи газа для образования звезд, околозвездный диск также обеспечивает сырье для планет. Материал, оставшийся от звездообразования, постепенно слипается, образуя гальку и камни. Они накапливаются вместе, образуя еще большие тела, такие как планетезимали шириной 100 метров. Весь этот материал продолжает вращаться вокруг звезды, в то время как он превращается в все более крупные тела. В конце концов, если условия являются правильными, этот процесс аккреции производит скалистую планету, похожую на Землю.
Недавние обсервационные исследования околозвездных дисков основаны на использовании теплового излучения и рассеянного света от твердого материала в дисках. Однако в ранние эпохи существования диска эти твердые частицы составляли всего около одного процента от общей массы диска. Остальное все еще находится в газовой фазе, и в основном в молекулярной форме (например, окись углерода). Глядя на диск и изучая его компонент окиси углерода, а не его пылевые зерна, означает, что мы смотрим на газовый диск, который является основным компонентом диска.
Околозвездный диск существует только в течение короткого времени, пока его центральная звезда собирает из него газ. Чтобы понять, как эволюционирует диск, представьте, что все время жизни звезды составляло всего сто лет. Околозвездный диск будет существовать только от трех дней до месяца, прежде чем он полностью рассеется. У звезды есть только один шанс сформировать планетную систему в течение относительно короткой жизни ее околозвездного диска. Если ионизирующее излучение звезды препятствует аккреции пылевого диска на планеты до того, как он рассеется, то шанс звезды стать центром солнечной системы потерян навсегда. Следовательно, когда и как диск рассеивается, это имеет прямые последствия для возможности образования планет.
Эти результаты будут опубликованы в Astrophysical Journal в конце 2006 или начале 2007 года.
Название исследовательской работы: Внутренний край молекулярного диска, пространственно разрешенного в инфракрасных линиях эмиссии CO, M. Goto, T. Usuda, C. P. Dullemond, Th. Хеннинг, Х. Линц, Б. Стекклум и Х. Суто
Исследовательская группа: Мива Гото (Институт астрономии им. Макса Планка, Гейдельберг, Германия) Томонори Усуда (Subaru Telescope, NAOJ) C. P Dullemong (MPIA) Th. Хеннинг (MPIA) Х. Линц (MPIA) Б. Стеклум (MPIA) Хироши Суто (NAOJ)
Первоисточник: Пресс-релиз Subaru
