Planetą formuojantys diskai vystosi stebėtinai panašiai


Planetą formuojantys diskai vystosi stebėtinai panašiai

Šis meninis įspūdis iliustruoja, kaip dažnai atrodo planetą formuojantys diskai aplink jaunas žvaigždes. Iš pradžių jie susideda iš dulkių ir dujų, suformuotų į tankios medžiagos žiedus. Laikui bėgant kietieji komponentai virsta akmenukais, kurie ilgainiui gali virsti planetomis. Kadangi šiame tyrime naudojami ALMA stebėjimai yra jautrūs tik milimetro dydžio dulkių grūdeliams, išsivystę diskai su didesniais objektais ar net planetomis skleidžia santykinai silpną signalą iš likusios medžiagos. Nauji rezultatai rodo, kad be išorinio švitinimo tokie diskai vystosi panašiai. Po maždaug milijono metų dauguma jų neturi pakankamai masės, kad susidarytų didelės planetos, tokios kaip Jupiteris. Tačiau tokios planetos ten jau galėjo susiformuoti. Kreditas: MPIA grafikos skyrius

Grupė astronomų, vadovaujama Sierko van Terwisgos iš Maxo Plancko astronomijos instituto, išanalizavo daugiau nei 870 planetas formuojančių diskų masės pasiskirstymą Oriono A debesyje. Išnaudodami šio precedento neturinčio didelio diskų pavyzdžio statistines savybes ir sukūrę naujovišką duomenų apdorojimo schemą, jie nustatė, kad toli nuo atšiaurių aplinkos, pavyzdžiui, karštų žvaigždžių, disko masės mažėjimas priklauso tik nuo jų amžiaus. Rezultatai rodo, kad mažiausiai 1000 šviesmečių nuo Žemės planetų formavimo diskai ir planetų sistemos vystosi panašiai.

Kai kurie labiausiai jaudinantys šių dienų astronominių tyrimų klausimai yra „Kaip atrodo kitos planetų sistemos? ir “Ar Saulės sistemą galima palyginti su kitomis planetų sistemomis?” Astronomų komanda dabar įnešė svarbių užuominų sprendžiant šį galvosūkį.

„Iki šiol mes tiksliai nežinojome, kokios savybės dominuoja planetas formuojančių diskų aplink jaunas žvaigždes evoliucijoje“, – sako Sierkas van Terwisga, Maxo Plancko astronomijos instituto Heidelberge (Vokietija) mokslininkas. Jis yra pagrindinis tyrimo straipsnio, paskelbto m., autorius Astronomija ir astrofizika šiandien. “Mūsų nauji rezultatai dabar rodo, kad aplinkoje, kurioje nėra jokios atitinkamos išorinės įtakos, stebima disko masė yra prieinama formavimui naujos planetos priklauso tik nuo žvaigždžių disko sistemos amžiaus“, – priduria van Terwisga.

Disko masė yra pagrindinė savybė tiriant planetą formuojančių diskų evoliuciją. Šis kiekis lemia, kiek medžiagos turi būti transformuojamos į planetas. Priklausomai nuo disko amžiaus, jis taip pat gali suteikti užuominų apie ten jau esančias planetas. Išorinis poveikis, pvz., spinduliavimas ir vėjai iš netoliese masyvios žvaigždės akivaizdžiai paveiks disko išlikimą. Tačiau tokios aplinkos yra retos, o apie pačius diskus tie procesai nelabai ką atskleidžia. Vietoj to, astronomus labiau domina vidinio disko savybės, tokios kaip amžius, cheminė sudėtis arba tėvų debesų dinamika, iš kurios atsirado jaunos žvaigždės su savo diskais.

Siekdama atskirti įvairius indėlius, astronomų komanda atrinko didelį ir gerai žinomą jaunų žvaigždžių su diskais regioną – Orion A debesį. Jis nuo Žemės nutolęs maždaug 1350 šviesmečių. „Orion A mums suteikė precedento neturintį didelį imties dydį – daugiau nei 870 diskų jaunų žvaigždžių. Labai svarbu, kad būtų galima ieškoti nedidelių disko masės svyravimų, atsižvelgiant į amžių ir net nuo vietinės aplinkos debesyje“, – aiškina Álvaro Hacar, bendraautorius ir mokslininkas iš Vienos universiteto (Austrija). kilęs iš ankstesnių stebėjimų naudojant Herschel kosminį teleskopą, kuris leido identifikuoti diskus. Sujungus kelis bangos ilgius buvo galima įvertinti jų amžių. Kadangi jie visi priklauso tam pačiam debesiui, astronomai tikėjosi mažai įtakos iš chemijos ir debesų istorijos skirtumų. išvengė bet kokio masyvių žvaigždžių poveikio netoliese esančiame Oriono ūkų spiečiuje (ONC), atmesdamas diskus arčiau nei 13 šviesmečių.

Norėdami išmatuoti disko masę, komanda panaudojo Atakamos didelį milimetrų / submilimetrų masyvą (ALMA), esantį Čilės Atakamos dykumoje Chajnantor plokščiakalnyje. ALMA susideda iš 66 parabolinių antenų, veikiančių kaip vienas teleskopas su reguliuojama kampine raiška. Mokslininkai taikė stebėjimo režimą, leidžiantį efektyviai nukreipti kiekvieną diską maždaug 1,2 milimetro bangos ilgiu. Šiame spektriniame diapazone šaltieji diskai yra ryškūs. Kita vertus, centrinių žvaigždžių indėlis yra nereikšmingas. Taikydami šį metodą astronomai nustatė diskų dulkių masę. Tačiau stebėjimai nejautrūs objektams, daug didesniems nei keli milimetrai, pvz., uolienoms ir planetoms. Todėl komanda efektyviai išmatavo disko medžiagos, galinčios formuoti planetas, masę.

Planetą formuojantys diskai vystosi stebėtinai panašiai

Šiame paveikslėlyje pavaizduotas milžiniškas Orion A žvaigždžių formavimo debesis, stebimas SPIRE (spektrinio ir fotometrinio vaizdo imtuvo) prietaisu, esančiu Herschel kosminiame teleskope. Jame atsekamas didelio masto šaltų dulkių pasiskirstymas. Orionas A yra maždaug už 1350 šviesmečių ir susideda iš atskirų žvaigždžių formavimosi sričių, kaip nurodyta jų etiketėse. Planetą formuojančių diskų (+), pastebėtų naudojant ALMA, vietos yra nurodytos, o diskai, kurių dulkių masė viršija 100 žemės masių, rodomi mėlynais taškais. Garsiajame Oriono ūke, matomame plika akimi danguje, yra Oriono ūko spiečius (ONC), įskaitant keletą masyvių žvaigždžių, skleidžiančių intensyvią spinduliuotę. Kreditas: SE van Terwisga ir kt./MPIA

Prieš apskaičiuodami disko mases, astronomai sujungė ir sukalibravo kelių dešimčių ALMA teleskopų duomenis. Ši užduotis tampa nemenku iššūkiu dirbant su dideliais duomenų rinkiniais. Naudojant standartinius metodus, surinktų duomenų apdorojimas būtų užtrukęs mėnesius. Vietoj to komanda sukūrė naują metodą, naudodama lygiagrečius kompiuterius. „Mūsų naujas požiūris pagerino apdorojimo greitį 900 kartų“, – pabrėžia bendraautorius Raymondas Oonkas iš bendradarbiaujančio IT paslaugų teikėjo SURF. 3000 procesoriaus valandų, reikalingų užduočiai atlikti ir duomenims paruošti tolesnei analizei, praėjo mažiau nei per dieną.

Iš viso Orione A yra planetą formuojančių diskų, kurių kiekviename dulkės siekia iki kelių šimtų Žemės masių. Tačiau iš 870 diskų tik 20 sulaiko dulkes, atitinkančias 100 ar daugiau žemių. Apskritai, diskų skaičius sparčiai mažėja didėjant masei, o daugumoje jų yra mažiau nei 2,2 Žemės masės dulkių. “Siekdami ieškoti variantų, išskyrėme Orion A debesį ir išanalizavome šiuos regionus atskirai. Dėl šimtų diskų pavyzdžiai vis tiek buvo pakankamai dideli, kad gautų statistiškai reikšmingų rezultatų”, – aiškina van Terwisga.

Iš tiesų, mokslininkai aptiko nedidelių disko masės pasiskirstymo skirtumų dešimčių šviesmečių skalėje Orion A. Tačiau visus juos galima paaiškinti kaip amžiaus efektu, o tai reiškia, kad per kelis milijonus metų disko masė linkusi mažėti. vyresnio amžiaus gyventojų. Klaidos ribose to paties amžiaus planetą formuojančių diskų grupės rodo tą patį masės pasiskirstymas. Visai nenuostabu, kad dulkių masė planetą formuojančiuose diskuose laikui bėgant mažėja. Juk dulkės yra viena iš planetų žaliavų. Taigi planetos formavimasis neabejotinai sumažina laisvųjų dulkių kiekį. Kiti gerai žinomi procesai yra dulkių migracija link disko centro ir dulkių išgarinimas apšvitinant žvaigždę šeimininką. Vis dėlto stebėtina tokia stipri koreliacija tarp disko masės ir amžiaus.

Visi tie diskai atsirado iš tos pačios aplinkos, kuri dabar sudaro Orion A debesį. Kaip tai palyginti su kitomis jaunų žvaigždžių disko populiacijomis? Astronomai išsprendė šį klausimą, palygindami savo rezultatus su keletu netoliese esančių žvaigždžių formavimosi regionų su planetų formavimo diskais. Išskyrus du, visi jie puikiai atitinka masės ir amžiaus santykį, rastą Orion A. „Manome, kad mūsų tyrimas įrodo, kad bent jau per artimiausius 1000 šviesmečių visos planetą formuojančių diskų populiacijos rodo tą patį. masės pasiskirstymas tam tikrame amžiuje. Ir atrodo, kad jie vystosi daugiau ar mažiau vienodai“, – daro išvadą van Terwisga. Rezultatas gali net užsiminti apie stulbinančiai panašių formavimąsi planetų sistemos.

Kaip kitą žingsnį, mokslininkai išnagrinės galimą netoliese esančių žvaigždžių poveikį mažesniais kelių šviesmečių masteliais. Nors jie išvengė stipraus spinduliavimo lauko, kurį sukelia didžiulės žvaigždės ONC, yra potencialiai silpnesnių žvaigždžių, kurios gali paveikti dulkes gretimuose diskuose ir pakeisti disko masės statistiką. Tokie įnašai gali paaiškinti kai kuriuos disko masės ir amžiaus santykio nukrypimus. Rezultatai gali padėti sustiprinti bendrą planetą formuojančio disko evoliucijos vaizdą, kuriam dominuoja amžius.


Egzoplanetos nuolaužų diskuose


Daugiau informacijos:
SE of Terwisga et al, Survey of Orion Disks with ALMA (SODA), Astronomija ir astrofizika (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202141913

Citata: Planetą formuojantys diskai vystosi stebėtinai panašiais būdais (2022 m. gegužės 6 d.), gauta 2022 m. gegužės 6 d. iš https://phys.org/news/2022-05-planet-forming-disks-evolve-surprisingly-similar.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.