Одна из самых актуальных в настоящее время астрофизических тем - охота на планетоподобные планеты вокруг других звезд - только что получила важный импульс от новых спектральных наблюдений с помощью инструмента MIDI на интерферометре ESO VLT (VLTI).
Международная группа астрономов [2] получила уникальные инфракрасные спектры пыли в самых внутренних областях протопланетных дисков вокруг трех молодых звезд - теперь в состоянии, возможно, очень похожем на состояние нашей Солнечной системы, около 4500 миллион лет назад.
Сообщая в выпуске этой недели научного журнала «Природа», и благодаря непревзойденному, четкому и проницательному взгляду на интерферометрию, они показывают, что во всех трех подходящих компонентах присутствуют в нужном месте, чтобы начать формирование каменистых планет у этих звезд.
«Песок» во внутренних областях звездных дисков
Солнце родилось около 4500 миллионов лет назад от холодного и массивного облака межзвездного газа и пыли, которое разрушилось под действием собственного гравитационного притяжения. Вокруг молодой звезды присутствовал пыльный диск, в котором позднее образовались Земля и другие планеты, а также кометы и астероиды.
Эта эпоха давно прошла, но мы все еще можем наблюдать тот же процесс, наблюдая инфракрасное излучение очень молодых звезд и пыльных протопланетных дисков вокруг них. Однако до сих пор имеющиеся приборы не позволяли изучать распределение различных компонентов пыли в таких дисках; даже самые близкие из известных людей находятся слишком далеко, чтобы лучшие одиночные телескопы могли их разрешить. Но теперь, как объясняет Франческо Парес, научный сотрудник проекта VLT Interferometer и член команды ESO: «С помощью VLTI мы можем комбинировать свет от двух хорошо разнесенных больших телескопов для получения беспрецедентного углового разрешения. Это позволило нам впервые заглянуть прямо во внутреннюю область дисков вокруг некоторых соседних молодых звезд, прямо там, где мы ожидаем, что планеты, подобные нашей Земле, формируются или скоро сформируются ».
В частности, благодаря новым интерферометрическим наблюдениям трех молодых звезд международной командой [2] с использованием объединенной мощности двух 8,2-метровых телескопов VLT на расстоянии ста метров достигнута достаточная четкость изображения (около 0,02 угловых секунд) для измерения инфракрасного излучения от внутренняя область дисков вокруг трех звезд (примерно соответствует размеру орбиты Земли вокруг Солнца) и излучение от внешней части этих дисков. Соответствующие инфракрасные спектры предоставили важную информацию о химическом составе пыли в дисках, а также о среднем размере зерна.
Эти первопроходческие наблюдения показывают, что внутренняя часть дисков очень богата кристаллическими силикатными зернами («песком») со средним диаметром около 0,001 мм. Они образуются в результате коагуляции гораздо более мелких аморфных частиц пыли, которые были вездесущими в межзвездном облаке, породившем звезды и их диски.
Модельные расчеты показывают, что кристаллические зерна должны обильно присутствовать во внутренней части диска во время образования Земли. Фактически, метеориты в нашей собственной солнечной системе в основном состоят из этого типа силиката.
Голландский астроном Ренс Уотерс, член команды из Астрономического института Университета Амстердама, с энтузиазмом говорит: «Со всеми ингредиентами на месте и образованием более крупных зерен из пыли уже началось образование больших и больших кусков камня и наконец, планет земного типа с этих дисков почти неизбежно! »
Преобразование зерна
Уже давно известно, что большая часть пыли в дисках вокруг новорожденных звезд состоит из силикатов. В натальном облаке эта пыль является аморфной, то есть атомы и молекулы, составляющие зерно пыли, хаотично соединяются, и зерна являются пушистыми и очень маленькими, обычно размером около 0,0001 мм. Однако около молодой звезды, где температура и плотность самые высокие, частицы пыли в околозвездном диске имеют тенденцию слипаться, так что зерна становятся больше. Кроме того, пыль нагревается звездным излучением, и это приводит к тому, что молекулы в зернах перестраиваются в геометрические (кристаллические) структуры.
Соответственно, пыль в областях диска, которые находятся ближе всего к звезде, вскоре превращается из «нетронутых» (маленьких и аморфных) в «обработанные» (более крупные и кристаллические) зерна.
Спектральные наблюдения силикатных зерен в области средней длины волны (около 10 мкм) покажут, являются ли они «нетронутыми» или «обработанными». Более ранние наблюдения за дисками вокруг молодых звезд показали, что присутствовала смесь нетронутого и обработанного материала, но до сих пор было невозможно определить, где находились различные зерна на диске.
Благодаря 100-кратному увеличению углового разрешения с помощью VLTI и высокочувствительного MIDI-инструмента подробные инфракрасные спектры различных областей протопланетных дисков вокруг трех новорожденных звезд, которым всего несколько миллионов лет, теперь показывают, что пыль, близкая к звезда гораздо более обработана, чем пыль во внешних областях диска. У двух звезд (HD 144432 и HD 163296) пыль на внутреннем диске обрабатывается достаточно хорошо, тогда как пыль на внешнем диске почти нетронутая. В третьей звезде (HD 142527) пыль обрабатывается по всему диску. В центральной области этого диска он чрезвычайно обработан, что согласуется с полностью кристаллической пылью.
Поэтому важный вывод из наблюдений VLTI состоит в том, что строительные блоки для планет, подобных Земле, присутствуют в околозвездных дисках с самого начала. Это имеет большое значение, поскольку указывает на то, что планеты земного (каменистого) типа, такие как Земля, наиболее вероятно встречаются в планетных системах, в том числе за пределами Солнечной системы.
Нетронутые кометы
Настоящие наблюдения также имеют значение для изучения комет. Некоторые - возможно, все - кометы в солнечной системе содержат как нетронутую (аморфную), так и обработанную (кристаллическую) пыль. Кометы определенно образовались на больших расстояниях от Солнца, во внешних областях солнечной системы, где всегда было очень холодно. Поэтому неясно, как обработанные частицы пыли могут попасть в кометы.
Согласно одной теории, обработанная пыль переносится наружу от молодого Солнца турбулентностью в довольно плотном околосолнечном диске. Другие теории утверждают, что обработанная пыль в кометах создавалась локально в холодных регионах в течение гораздо более длительного времени, возможно, в результате ударных волн или ударов молнии в диске, или в результате частых столкновений между более крупными фрагментами.
Настоящая команда астрономов теперь приходит к выводу, что первая теория - наиболее вероятное объяснение присутствия обработанной пыли в кометах. Это также подразумевает, что кометы с длительным периодом, которые иногда посещают нас из внешних областей нашей солнечной системы, являются действительно нетронутыми телами, восходящими к эпохе, когда Земля и другие планеты еще не были сформированы.
Исследования таких комет, особенно при их проведении на месте, обеспечат прямой доступ к исходному материалу, из которого была сформирована солнечная система.
Больше информации
Результаты, представленные в этом PR ESO, более подробно представлены в исследовательской статье «Строительные блоки планет в« земной »области протопланетных дисков», подготовленной Роем ван Бокелем и соавторами (Nature, 25 ноября 2004 г.). Наблюдения были сделаны в ходе ранней научной программы ESO.
Ноты
[1]: Настоящий пресс-релиз ESO выпущен в сотрудничестве с Астрономическим институтом Амстердамского университета, Нидерланды (NOVA PR) и Max-Planck-Institut f? R Astronomie (Гейдельберг, Германия (MPG PR).
[2]: в состав группы входят Рой ван Бокель, Михил Мин, Ренс Уотерс, Карстен Доминик и Алекс де Котер (Астрономический институт, Университет Амстердама, Нидерланды), Кристоф Лейнерт, Оливье Шесно, Уве Грейзер, Томас Хеннинг, Райнер К. Эхлер и Фрэнк Пшигодда (Max-Planck-Institut for Astronomie, Гейдельберг, Германия), Андреа Ричичи, Себастьян Морель, Франческо Парес, Маркус Шиллер и Маркус Виттковски (ESO), Вальтер Яффе и Йерун де Йонг (Обсерватория Лейдена) , Нидерланды), Анн Дутри и Фабьен Мальбет (Обсерватория Бордо, Франция), Бруно Лопес (Обсерватория Лазурного берега, Ницца, Франция), Гай Перрен (LESIA, Обсерватория Парижа, Франция) и Томас Прейбиш (Макс -Planck-Institut f? R Radioastronomie, Бонн, Германия).
[3]: инструмент MIDI является результатом сотрудничества между немецкими, голландскими и французскими институтами. См. ESO PR 17/03 и ESO PR 25/02 для получения дополнительной информации.
Источник: ESO News Release
