NASA обнаружило доказательства космических катастроф, схожих с процессом образования Луны
Астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба, чтобы исследовать редкие звездные системы, в которых вокруг молодых звезд наблюдается необычно большое количество теплой пыли. Такие структуры называют экстремальными обломочными дисками. Об этом пишет Sciencedaily.
Они могут быть своеобразными следами масштабных столкновений планетных тел. Исследуя состав пыли и изменения ее яркости, ученые могут оценивать силу таких ударов и лучше понимать процесс формирования каменистых планет.
Исследователи полагают, что подобные процессы могли происходить и в молодой Солнечной системе. Один из важнейших эпизодов ее истории – гигантское столкновение между молодой Землей и телом размером примерно с Марс, получившим название Тея.
Считается, что удар был настолько мощным, что значительное количество горных пород испарилось, а часть материала была выброшена в космос. Впоследствии обломки могли объединиться и сформировать Луну. Именно поэтому наблюдения за молодыми звездными системами дают ученым возможность изучать процессы, которые могли сформировать Землю и ее спутник.
Окружающая среда молодой звезды постепенно меняется. На раннем этапе вокруг нее существует богатый газом протопланетный диск, в котором формируются планеты. Со временем газа становится меньше, а система переходит в стадию обломкового диска.
Еще космический телескоп "Спитцер", который NASA уже вывело из эксплуатации, обнаружил необычную категорию таких систем – экстремальные обломковые диски. Они содержат чрезвычайно много теплой пыли, расположенной близко к звезде. По расстоянию эта область примерно соответствует зоне, где в нашей Солнечной системе находятся каменные планеты.
Команда астрономов под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере, штат Колорадо, использовала телескоп "Вебб" для детального исследования этих систем. Теоретические модели предполагают, что экстремальные обломковые диски должны быть относительно распространенными на определенном этапе развития молодых звездных систем. Однако наблюдения показывают иную картину. На данный момент лишь около 1 % молодых звезд демонстрируют признаки такой фазы.
В целом исследователи сформировали выборку из 21 экстремального обломкового диска. Пять из них изучали по архивным данным Spitzer, еще 16 исследовали с помощью "Вебба". Среди последних 12 систем наблюдали впервые, а четыре были повторно исследованы после предыдущих наблюдений Spitzer.
"Это первый раз, когда мы собрали достаточное количество систем, чтобы по-настоящему понять этот подкласс, который мы называем экстремальными обломочными дисками", – сказала Кейт Су, ведущая авторка исследования.
По ее словам, до запуска "Вебба" у ученых было очень мало информации о таких системах. Было известно лишь то, что они необычны и существенно отличаются от типичных холодных обломковых дисков, таких как вокруг Веги и Фомальгаута. Новые данные позволяют лучше понять их значение для формирования и эволюции планет.
Исследователи определили три ключевые характеристики экстремальных обломковых дисков. Их пылевые частицы меньше, чем в протопланетных и обычных обломковых дисках, концентрация теплой пыли значительно выше, а инфракрасная яркость систем нерегулярно изменяется со временем.
Эти свойства удалось определить с помощью спектров в среднем инфракрасном диапазоне, полученных телескопами "Вебб" и "Спитцер". Ученые также исследовали минеральный состав пыли. В результате системы разделили на две основные группы – диски с большим количеством кремнезема и диски с низким его содержанием.
На Земле примером материала с высоким содержанием кремнезема является вулканическое стекло, в частности обсидиан. В свою очередь, минерал форстерит, бедный кремнеземом, можно встретить в виде зеленых песчинок на некоторых пляжах Гавайев.
Разница в составе может рассказать о том, насколько мощным было столкновение, что породило пыль.
"Увидеть их среднеинфракрасное излучение и прекрасные спектральные особенности с помощью "Вебба", которые позволили нам определить их состав, было для меня самым увлекательным", – сказала Агнес Коспал из обсерватории Конколи в Будапеште, соавтор исследования. По ее словам, другого способа непосредственно исследовать такие планетарные зародыши нет, поскольку они слишком малы.
Примерно треть исследованных дисков богата кремнеземом. По мнению исследователей, такие системы могли возникнуть после чрезвычайно мощных столкновений между телами размером с Марс.
Энергии таких ударов достаточно, чтобы испарить значительную часть каменистого материала. После столкновения вокруг звезды остается большое количество обломков, характеристики которых можно наблюдать в виде инфракрасного излучения.
Остальные две трети дисков содержат меньше кремнезема. Они, вероятно, возникли после менее энергичных столкновений. Среди возможных сценариев – скользящие удары между телами размером с Луну. Важной оказалась и разница в возрасте звездных систем. Кремнеземные диски пока обнаружили только вокруг звезд возрастом менее 300 миллионов лет.
Системы с низким содержанием кремнезема встречаются в значительно более широком диапазоне возрастов звезд. Кроме того, их инфракрасная яркость обычно изменяется сильнее. Ученые предполагают, что такая изменчивость может быть следствием быстрой эволюции обломков после столкновения. Материал меняет свои орбиты, сталкивается с другими частицами и может образовывать новые пылевые облака. Из-за этого количество инфракрасного излучения системы может меняться со временем.
Кейт Су подчеркивает, что формирование каменистых планет и последующая эволюция больших планет являются частями одного процесса.
Формирование каменистых планет и эволюция гигантских планет являются частью более обширной истории формирования Солнечной системы. Это все одна история, – отметила исследовательница.
Компьютерное моделирование показывает, что планеты земного типа должны формироваться в течение первых нескольких сотен миллионов лет после рождения звездной системы.
Этот временной промежуток хорошо согласуется с возрастом кремнеземных экстремальных обломковых дисков, которые астрономы уже обнаружили.
Он также соответствует оценкам формирования Земли и Луны примерно через 100 миллионов лет после появления Солнца. Согласно основной гипотезе, Луна возникла после столкновения Земли с телом размером с Марс.
В то же время ученых интересует и возможность того, что Солнечная система в прошлом пережила стадию кремнеземно-бедного экстремального обломкового диска. Если старые диски с низким содержанием кремнезема и их нерегулярные изменения инфракрасной яркости действительно связаны с нестабильностью орбит, это может соответствовать гипотезе позднего интенсивного бомбардирования.
Согласно этому сценарию, гигантские планеты Солнечной системы на раннем этапе могли существенно изменить свои орбиты. Их миграция нарушила траектории более мелких тел, что привело к серии масштабных столкновений. В результате на определенном этапе Солнечная система могла наполниться огромным количеством пыли и обломков – примерно так, как астрономы сегодня наблюдают в некоторых экстремальных обломковых дисках.
Однако исследователи пока не считают эту картину доказанной.
"Конечно, мы до сих пор многого не знаем об этих дисках", – сказал Аттила Мур из обсерватории Конколи, соавтор исследования.
Он отметил, что согласно предложенной гипотезе старые экстремальные обломковые диски не должны содержать кремнеземных систем. В то же время в исследованной выборке лишь три диска соответствуют необходимым возрастным критериям, поэтому ученым нужны новые наблюдения для проверки этого предположения.
Таким образом, телескоп Джеймса Уэбба помогает астрономам использовать пыль вокруг молодых звезд как своеобразный архив планетарных катастроф. Наблюдая за минеральным составом и поведением этой пыли, исследователи могут восстанавливать характеристики столкновений, которые невозможно увидеть напрямую.
Для понимания происхождения Земли и Луны такие наблюдения особенно важны. Они дают возможность сравнить нашу систему с другими молодыми звездными системами и проверить модели, согласно которым планеты формировались в результате серии гигантских столкновений.
- Последние
- Популярные
- Октябрь, 07
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Новости по дням
8 октября 2026
