Когда происходит слияние юных звёзд из скопления в атмосфере молекул водорода, вокруг них образуется диск из остатков материала, который называется протопланетным диском. На нём происходит формирование планеты.
Астрономы научились подробнее рассматривать эти завуалированные среды и вести наблюдение за формированием зародышевых миров.
Тем не менее, молодые звёзды являются не единственными небесными телами с дисками из остаточного материала, которые вращаются вокруг них. Небольшое количество старых, умирающих звёзд тоже имеют такие диски. Возможно ли в таких условиях формирование второго поколения планет? Обычно формирование планет происходит после образования звёзд, но не намного позже.
Например, образование Солнца в Солнечной системе произошло приблизительно 4,6 миллиарда лет назад, а Земли — около 4,5 миллиарда лет назад. Жизнь и развитие планеты Земля связаны с судьбой Солнца. Во время расширения звезды как красного гиганта, оно выталкивает слои материала в космос и, в конце концов, расширится настолько сильно, что сможет уничтожить Землю и другие внутренние планеты.
Фото: naked-science.ru
Остальные внешние планеты и Юпитер останутся нетронутыми, но своё последующее существование они, предположительно, проведут на орбите вокруг белого карлика, остатка Солнца. При таком раскладе вокруг белого карлика не может образоваться никаких новых планет. Но такие небесные тела, как Солнце — относительно редкое явление. Существование множества звёзд проходит в двойных парах. Это двойные звёзды одного и того же возраста, но имеющие различную массу. Исходя из того, что первоначальным весом звезды определяется её будущее, в двойной паре у звёзд разная продолжительность существования.
В том случае, когда у одной из таких звёзд такая же масса, как и у Солнца, она превращается в красного гиганта и, погибая, выбрасывает вещество в космос. Какие процессы будут проходить со всем этим материалом, если звезда имеет бинарного партнёра? В этот момент и поможет с ответом новое исследование с заголовком — «Население переходных дисков вокруг эволюционировавших звёзд: следы планет». Ведущим специалистом исследования и одним из авторов работы является астроном KU Leuven Жак Клуска, а статья напечатана в периодическом издании «Астрономия и астрофизика».
При помощи гравитационного притяжения второй звезды материал, который был выброшен умирающей звездой, образует новый вращающийся диск, практически идентичный протопланетному диску вокруг молодой звезды. Астрономам уже было известно, что это может произойти. Новой информацией является свидетельство того, что в диске может образоваться второе поколение планет.
Исходя из данных этого нового исследования, в этой ситуации около 10% двойных звёзд формируют новые миры.
В десяти процентах исследованных эволюционировавших двойных звёзд с дисками учёные увидели большую полость в диске. Клуска в пресс-релизе сказал – «Это признак того, что там имеется что-то, собирающее всю материю в области полости».
Фото: wi-fi.ru
Вероятно, в этих дисках может образовываться только одно: планеты. Наблюдения за умирающей звездой усиливают вероятность того, что объект является планетой.
Астрономы ещё не уверены, являются ли эти объекты планетами, но доказательства интригуют. Если окажется, что таким образом формируется второе поколение миров, это будет значительным открытием. Это означает, что теория формирования планет, называемая небулярной гипотезой, верна, но недостаточно далеко заходит. «Невероятным испытанием для сегодняшних теорий станет подтверждение или опровержение такого необычайного способа формирования планет», — таково мнение главы Института астрономии KU Leuven, профессора Ханса Ван Винкеля.
Эти диски могут образовываться только при определённых обстоятельствах и с определенными типами звёзд. Для этого требуются постасимптотические гигантские (пост-AGB) звёзды. Звёзды Post-AGB — это холодные светящиеся небесные тела, находящиеся на стадии звёздной эволюции, через которую проходят такие объекты, как Солнце. Диапазон масс пост-AGB-звезд составляет примерно от 0,8 до 5 масс Солнца. Звёзды Post-AGB исчерпали свой запас водорода. Ядро звезды в основном состоит из инертного углерода и кислорода, но его внешний слой расширяется и остывает. После этого звезда станет красным гигантом. Затем изменение температуры в ядре звезды вызывает синтез гелия. Слияние на некоторое время задерживает охлаждение и расширение звезды, но в конце концов заканчивается и гелий. Затем охлаждение и расширение продолжаются.
Фото: astronomyday.ru
Звезда ещё не исчерпала свою жизненную энергию. Он испытывает пару тепловых импульсов и взрывает ещё немного водорода, а также производит несколько вспышек гелия. Но звезда потеряла большую часть своей массы, сбросив её в космос. Если у неё есть бинарный партнёр, материал далеко не уйдет. У бинарной пары будет центр тяжести, а выброшенный материал образует круговой диск вокруг центра.
Это происходит не всегда. Обычная и драматическая фаза двойной эволюции по спирали заставляет звезду-партнёра аккрецировать материал умирающей звезды. Но по какой-то причине, которую астрономы пока не понимают, вместо этого может образоваться околозвёздный диск. Именно это произошло с 10 % бинарных файлов в этом исследовании. Эти диски после AGB не живут очень долго, всего от 10 000 до 100 000 лет. Достаточно ли этого времени для формирования планеты-гиганта?
Раньше астрономы так не думали. Но более поздние исследования показывают, что планеты могут образоваться всего за 100 000 лет.
В одном исследовании 2018 года изучались промежутки в дисках и говорилось, что «… если планеты действительно вырезают эти промежутки, то планеты с массой Сатурна должны сформироваться в течение первых 0,5 млн лет жизни протопланетных дисков».
Но авторы этого исследования говорят, что даже если полость в диске от планеты, она не обязательно может быть планетой второго поколения. «Однако кажется более правдоподобным, что если бы переходные диски были созданы планетой, то это была бы планета первого поколения, пережившая фазу бинарного взаимодействия», — пишут они. «Действительно, кажется, что околоземные планеты встречаются так же часто, как планеты вокруг одиночных звёзд, несмотря на относительно небольшое количество обнаружений». Этот вывод также согласуется с некоторыми наблюдаемыми свойствами умирающей звезды в системе.
Фото: naked-science.ru
Как отметил исследователь Жак Клуска, «… наша команда определила, что тяжёлых элементов, таких как железо, на поверхности умирающей звезды ничтожно мало». Что случилось с металлом? Выжившая планета первого поколения могла аккрецировать его, но только если бы это была планета-гигант. «Если такая планета с самого начала присутствует в диске, она будет эффективно истощать внутренний диск из тугоплавкого материала и создавать картину истощения, наблюдаемую на поверхности звезды», — пишут авторы в своей статье.
Астрономам уже известна двойная система, в которой, вероятно, сформировались вторичные планеты. Он называется NN Serpentis, и многие исследователи находили там планеты. «Эти планеты являются кандидатами на то, чтобы образоваться в таких дисках второго поколения», — пишут Клуска и его соавторы. «Если планетарный сценарий подтвердится, эти диски станут многообещающей площадкой для изучения формирования планет второго поколения и, следовательно, сценариев формирования планет в беспрецедентном пространстве параметров».
Авторы намерены изучить десять дисков, на которых видны полости. Они планируют использовать возможности мощных телескопов Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы изучить объекты более внимательно.