Звездная вспышка позволила увидеть «линию снега»

На телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) впервые с высоким разрешением выполнены наблюдения «линии водяного снега» внутри протопланетного диска. Эта линия отмечает уровень, где температура диска, окружающего молодую звезду, опускается настолько низко, что начинается образование снега. Резкий рост яркости молодой звезды V883 Ориона разогрел внутреннюю часть диска, в результате чего «линия снега» передвинулась существенно дальше своего нормального положения в окрестности протозвезды, и впервые появилась возможность ее непосредственно наблюдать. Эти результаты публикуются в журнале Nature 14 июля 2016 г.

Молодые звезды часто бывают окружены плотными вращающимися газо-пылевыми дисками. Эти диски называются протопланетными, потому что именно в них рождаются планеты. Типичная молодая звезда солнечного типа излучает достаточное количество тепла, чтобы вода внутри протопланетного диска находилась в газообразном состоянии вплоть до расстояния примерно 3 а.е. от звезды — не более 3 средних расстояний от Земли до Солнца, или примерно 450 миллионов километров. На больших расстояниях от звезды, благодаря крайне низкому давлению, молекулы воды из газообразного состояния переходят прямо в твердое, образуя ледяную пленку на зернах пыли и других твердых частицах. Область в протопланетном диске, где вода переходит из газообразной в твердую фазу, и называется «линией водяного снега».

Звезда V883 Orionis, однако, оказалась необычной. Резкий рост ее яркости заставил линию водяного снега сдвинуться до расстояния примерно в 40 а.е. (около 6 миллиардов километров, что соответствует размеру орбиты карликовой планеты Плутон в нашей Солнечной системе). Этот огромный сдвиг в сочетании с рекордным разрешением телескопа ALMA при наблюдениях с длинной базой позволил исследовательской группе под руководством Лукаса Кьеза (Lucas Cieza, Millennium ALMA Disk Nucleus и университет Диего Порталеса, Сантьяго, Чили) впервые выполнить наблюдения линии водяного снега в протопланетном диске.

Внезапное повышение яркости V883 Ориона – пример того, что происходит, когда большие массы вещества диска, окружающего молодую звезду, выпадают на ее поверхность. Масса V883 Orionis всего на 30% больше, чем у Солнца, но, благодаря случившейся вспышке, сейчас эта звезда стала в целых 400 раз ярче и гораздо горячее.

Главный автор работы Лукас Кьеза объясняет: “Для нас наблюдения на ALMA стали полной неожиданностью. Мы предполагали исследовать фрагментацию диска, которая ведет к образованию планет. Ничего похожего мы не увидели, но зато нашли кольцеобразную структуру на расстоянии 40 а.е. от звезды. Это иллюстрирация мощи нашего телескопа: он всегда дает ошеломляющие результаты, даже если они оказываются совсем не теми, которых искали”.

Идея «снеговой орбиты» оказалась фундаментальной для теории формирования планет. Присутствие водяного льда регулирует эффективность слипания пылевых частиц — а это первый этап процесса образования планет. Внутри «линии снега», где вода испаряется, должны образовываться маленькие каменистые планеты, такие, как наша Земля. Вне этой линии присутствие водяного льда ведет к быстрому формированию космических «снежков», из которых в конце концов образуются массивные газовые планеты типа Юпитера.

Открытие того, что звездные вспышки могут отбрасывать «линию водяного снега» примерно вдесятеро дальше ее типичного радиуса, имеет очень большое значение для построения модели образования планет. Считается, что такие вспышки являются обычной стадией развития большинства планетных систем, и поэтому вслед за первым последуют другие наблюдения аналогичных явлений. Так или иначе, выполненные на телескопе ALMA наблюдения вносят значительный вклад в понимание процессов образования и эволюции планет во Вселенной.

Примечания:
1 а.е., или астрономическая единица – среднее расстояние между Землей и Солнцем, равное примерно 149.6 миллионам километров. Эта единица обычно используется для описания расстояний внутри Солнечной системы и планетных систем других звезд.

Во времена образования Солнечной системы эта линия находилась между орбитами Марса и Юпитера; внутри нее образовались каменные планеты Меркурий, Венера, Земля и Марс, а вне – газовые гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

«Линии снега» для других молекул, таких, как окись углерода и метан, уже наблюдались с телескопом ALMA в других протопланетных дисках на расстояниях более 30 а.е. от протозвезд. Вода замерзает при сравнительно высокой температуре, что означает, что «линия водяного снега» обычно расположена слишком близко к протозвезде, чтобы ее можно было наблюдать непосредственно.

Разрешением называется способность оптического инструмента различать объекты, находящиеся на определенном расстоянии друг от друга. Человеческий глаз видит несколько ярких источников света, находящихся вдалеке, как одно световое пятно, и только на близком расстоянии начинает их различать. Тот же принцип работает и для телескопа. Новые наблюдения стали возможными благодаря рекордному разрешению телескопа ALMA в режиме длинной базы: на расстоянии до V883 Ориона это разрешение соответствует линейному размеру в 12 а.е. Этого достаточно, чтобы зарегистрировать «линию водяного снега» во время вспышки на расстоянии 40 а.е. от звезды, но недостаточно для диска вокруг типичной молодой звезды.

Звезды, похожие на V883 Orionis, называются звездами типа FU Ориона, или фуорами, по названию первой звезды, у которой была отмечена такая переменность. На таких звездах вспышки могут длиться сотни лет.
www.eso.org/pub…




Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *