Телескоп ALMA виявив «фабрику комет»

0
157

Використовуючи новий телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), астрономи отримали зображення області навколо молодої зірки, де пилові частинки збиваються в згустки. Таку «пылевую пастку» вперше вдалося безпосередньо спостерігати та промоделювати. Ці спостереження дають рішення давньої загадки: як саме пилові частинки в навколозоряних дисках утворюють більш великі об’єкти, стаючи врешті-решт кометами, планетами та іншими кам’яними тілами. Результати будуть опубліковані в журналі Science 7 червня 2013 р.

Зараз астрономи знають, що існує безліч планет, що обертаються навколо зірок. Але до цих пір до кінця незрозуміло, як вони утворюються. Є ще багато аспектів теорії формування комет, планет та інших кам’яних тіл, які залишаються загадковими. Однак, нові спостереження, в яких використовується вся міць телескопа ALMA, зараз дають відповідь на одне з головних питань: як саме найдрібніші частинки пилу в околозвездном диску утворюють все більш і більш великі тіла, перетворюючись в кінці кінців в камені, і навіть брили розмірами набагато більше метра.

На этом изображении, построенном телескопом ALMA – пылевая ловушка в диске вокруг звезды Oph-IRS 48. О присутствии ловушки свидетельствует высокая степень асимметрии излучения пыли между южной и северной частями диска (по меньшей мере в 130 раз). Для мелких пылевых частиц ловушка представляет собой «тихую заводь», в которой они сбиваются в устойчивые сгустки, настолько большие, что могут существовать, не разрушаясь.
На цьому зображенні, побудованому телескопом ALMA – пилова пастка в диску навколо зірки Oph-IRS 48. Про присутність пастки свідчить висока ступінь асиметрії випромінювання пилу між південною та північною частинами диска (щонайменше 130 разів). Для дрібних пилових частинок пастка являє собою «тиху заводь», в якій вони збиваються в стійкі згустки, настільки великі, що можуть існувати, не руйнуючись.

Комп’ютерні моделі дозволяють припустити, що це відбувається, коли пилові зерна стикаються і злипаються. Однак, коли утворилися таким чином частки більшого розміру знову стикаються між собою на великій швидкості, вони часто розлітаються на частини, і все починається спочатку. І навіть якщо цього не відбувається, моделювання показує, що із-за тертя між частинками пилу і газу більш великі частинки повинні швидко рухатися всередину диска, в напрямку його центру, і падати на материнську зірку, втрачаючи таким чином шанс брати участь у подальшому процесі росту.

Виходить, що пилу потрібна якась «тиха гавань», де частинки могли б продовжувати рости до тих пір, поки вони вже були б здатні до стійкого існування. Модель таких «пилових пасток» була побудована, але ніяких наглядової підтверджень вона досі не знаходила.

Нінкьо ван дер Марель (Nienke van der Marel), аспірант Лейденської обсерваторії (Нідерланди) і провідний автор даної роботи, разом зі своїми колегами використовувала телескоп ALMA для вивчення околозвездного диска в системі Oph-IRS 48. Астрономи виявили, що зірка оточена газовою кільцем з концентричною щілиною, яка, ймовірно, утворена невидимою планетою або зіркою-компаньйоном. Більш ранні спостереження на Дуже Великий Телескоп ESO (VLT) вже показали, що подібна структура диска утворюється малими пиловими частками. Але з нових спостережень з ALMA слід, що з розташуванням пилових частинок більш великого, міліметрового розміру справа йде зовсім інакше.

“Конфігурація пилу на знімку виявилася для нас повною несподіванкою”, — каже ван дер Марель. “Замість кільцеподібної структури, яку ми очікували побачити, ми знайшли форму, в точності схожу на горіх кеш’ю! Спочатку ми навіть засумнівалися в тому, що отримане зображення реально, але сигнал був сильним і чіткість зображення, забезпечувана телескопом ALMA, дуже гарною, так що сумнівам місця не залишалося. Тут тільки ми збагнули, що саме ми виявили”.

Предметом відкриття виявилася область, в якій накопичуються частинки пилу великого розміру. Потрапивши неї, вони можуть продовжувати рости до набагато більших розмірів за рахунок зіткнень і злипання з іншими частинками. Це і була та сама пилова пастка, яку пророкує теорія.

Нінкьо ван дер Марель пояснює: “Схоже, що ми спостерігаємо щось на зразок «фабрики комет» — умови всередині області дозволяють часткам зростати від міліметрових розмірів до розміру комет. На такій відстані від центральної зірки пил навряд чи може утворити повнорозмірні планети. Однак, в недалекому майбутньому ALMA зможе спостерігати пилові пастки, розташовані ближче до материнських зіркам, і в них будуть працювати ті ж механізми трансформації пилу. Це справжні колиски новонароджених планет”.

Пилова пастка утворюється, коли пилові частинки більшого розміру рухаються в напрямку областей високого тиску. Комп’ютерне моделювання показало, що такі області можуть виникати внаслідок рухів газу на краю просвіту, такого, наприклад, який знайдений в даному диску.

“Поєднання моделювання і високоякісних спостережень на телескопі ALMA робить нашу роботу унікальною”,– каже Корнеліс Дюльмон (Cornelis Dullemond) з Інституту теоретичної астрофізики в Гайдельберге (Німеччина), спеціаліст з моделювання еволюції пилу і навколозоряних дисків, член дослідницького колективу. “Як раз приблизно в той же час, коли були отримані ці наглядові результати, ми працювали над моделями, які передбачали в точності такі ж структури в дисках – вдалий збіг!”

Спостереження були виконані, коли решітка ALMA була ще в процесі будівництва. Астрономи використовували приймачі ALMA Band 9 — виготовлену в Європі апаратуру, яка на сьогоднішній день забезпечує максимальну чіткість зображень, одержуваних з телескопом ALMA.

“Ці спостереження показують, що решітка ALMA здатна давати результати найвищого рівня, навіть коли використовується менше половини повного кількості антен”, — каже Евін ван Дизэк (Ewine van Dishoeck) з Лейденської обсерваторії, який працював над проектом ALMA більше 20 років і вніс у нього величезний внесок. “Неймовірний виграш у чутливості і різкості зображення, досягнутий у приймальниках Band 9, дозволяє вивчати основні моменти процесу утворення планет методами, які до цього були просто не реалізовуються”.

Loading player…