Астрономы с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» изучили редкие экстремальные диски обломков вокруг молодых звезд. Эти структуры могут возникать после столкновений планетных тел и помогают понять, как формируются и меняются каменистые планеты. Результаты исследования 1 октября опубликованы в журнале The Astrophysical Journal, сообщает ScienceDaily.
Экстремальные диски обломков содержат необычно много теплой пыли вблизи звезды — примерно в той области, где в Солнечной системе обращаются каменистые планеты. Такие диски считаются переходной стадией между богатым газом протопланетным диском молодых звезд и более зрелым диском, почти лишенным газа. По теоретическим расчетам, они должны встречаться часто, однако наблюдаемые признаки этой стадии обнаруживаются лишь примерно у 1% молодых звезд.
Команда под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере исследовала 21 экстремальный диск. Пять объектов изучили по архивным данным космического телескопа «Спитцер», а 16 наблюдали с помощью «Джеймса Уэбба». Среди последних 12 дисков стали объектами новых наблюдений, еще четыре ранее уже изучались «Спитцером».
Наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне выявили у таких систем три общие особенности. Их пылевые частицы меньше, чем в протопланетных и обычных дисках обломков, теплой пыли в них значительно больше, а яркость меняется нерегулярно. Анализ минералов разделил диски на две основные группы: богатые кремнеземом и бедные им.
Примером богатого кремнеземом вещества на Земле служит вулканическое стекло обсидиан, тогда как бедный кремнеземом минерал форстерит встречается в виде зеленых песчинок на некоторых пляжах Гавайев. Около трети исследованных дисков относятся к первой группе. По оценке ученых, они могли появиться после чрезвычайно мощных столкновений тел размером с Марс, при которых значительная часть горной породы испарялась. Остальные две трети, вероятно, связаны с менее энергичными ударами, в том числе касательными столкновениями объектов размером с Луну.
Кремнеземсодержащие диски обнаружены только у звезд моложе 300 млн лет, а бедные кремнеземом встречаются у звезд гораздо более разного возраста и сильнее меняют инфракрасную яркость. Исследователи связывают это с быстрым изменением орбит свежих обломков и последующими столкновениями. Возраст первой группы также согласуется с расчетами, согласно которым Земля и Луна сформировались примерно через 100 млн лет после появления Солнца, вероятно в результате удара по молодой Земле тела размером с Марс.
Ученые допускают, что Солнечная система могла пережить несколько периодов существования экстремального диска обломков. Более старые диски с нерегулярными изменениями яркости могут соответствовать сценарию поздней тяжелой бомбардировки, когда перемещение гигантских планет нарушило орбиты малых тел и вызвало серию разрушительных столкновений. «Конечно, есть много вещей, которых мы до сих пор не знаем об этих дисках», — сказал соавтор работы Аттила Моор из обсерватории Конколи в Будапеште. По его словам, ученые ожидают не обнаружить богатые кремнеземом системы среди старых экстремальных дисков, но для проверки этой гипотезы нужны новые наблюдения.