Образование планет и планетарных систем

Образование планет и планетарных систем — набор процессов формирования и эволюции отдельных планет и планетарных систем.

Полной ясности в том, какие процессы идут при формировании планет и какие из них доминируют, до сих пор нет. Обобщая наблюдательные данные, можно утверждать лишь то, что[1]:

  • Они образуются ещё до момента рассеяния протопланетного диска.
  • Значительную роль в формировании играет аккреция.
  • Обогащение тяжёлыми химическими элементами идёт за счёт планетезималей.

Экзопланеты в двойных системах

Экзопланета, находящаяся в двойной системе Kepler-47 глазами художника.
Из более чем 800 ныне известных экзопланет число обращающихся вокруг одиночных звёзд значительно превышает число планет найденных в звёздных системах разной кратности. По последним данным последних насчитывается 64[4].

Экзопланеты в двойных системах принято разделять по конфигурациям их орбит[4]:

  • Экзопланеты S-класса обращаются вокруг одного из компонентов. Таковых 57.
  • К P-классу относят обращающихся вокруг обоих компонентов. Таковые обнаружены у NN Ser, DP Leo, HU Aqr, UZ For, Kepler-16 (AB)b, Kepler-34 (AB)b, and Kepler-35 (AB)b.

Если попытаться провести статистику, то выяснится[4]:

  1. Значительная часть планет обитают в системах, где компоненты разделены в пределах от 35 до 100 а. е. , концентрируясь вокруг значения в 20 а. е.
  2. Планеты в широких системах (> 100 а. е.) имеют массу от 0.01 до 10 MJ (почти как и для одиночных звёзд), в то время как массы планет для систем с меньшим разделением лежат от 0.1 до 10 MJ
  3. Планеты в широких системах всегда одиночные
  4. Распределение эксцентриситетов орбиты отличается от одиночных, достигая значений e = 0.925 и e = 0.935.

Важные особенности процессов формирования

Обрезание протопланетного диска.

В то время как у одиночных звёзд протопланетный диск может тянуться вплоть до пояса Койпера (30-50 а. е.), то в двойных звезд его размер обрезается воздействием второго компонента. Таким образом протяжённость протопланетного диска в 2-5 раз меньше расстояния между компонентами.

Искривление протопланетного диска.

Оставшийся после обрезания диск продолжает испытывать влияние второго компонента и начинает вытягиваться, деформироваться, сплетаться и даже разрываться. Также такой диск начинает прецессировать.

Сокращение времени жизни протопланетного диска

Для широких двойных систем, как и для одиночных, время жизни протопланетного диска составляет 1-10 млн лет. Однако для систем с расстоянием между компонентами менее 40 а. е. время жизни протопланетного диска составляет 0.1-1 млн лет.

Планетозимальный сценарий образования

Несовместные сценарии образования

Существуют сценарии в которых изначальная, сразу после формирования, конфигурация планетной системы отличается от текущей и была достигнута в ходе дальнейшей эволюции.

  • Один из таких сценариев — захват планеты у другой звезды. Так как двойная звезда имеет гораздо больше сечения взаимодействия, то и вероятность столкновения и захват планеты у другой звезды существенно выше.
  • Второй сценарий предполагает, что в ходе эволюции одного из компонентов, уже на стадиях после главной последовательности в изначальной планетарной системе возникают нестабильности. В результате которых планета покидает изначальную орбиту и становится общей для обоих компонент.

Странная планета

Британские ученые построили компьютерную модель формирования планет в системах красных карликов и показали, что вопреки существующему мнению, вокруг таких звезд могут очень быстро формироваться крупные и горячие планеты. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Красные карлики — маленькие звезды, чьи размеры не превышают половины Солнца — самый распространенный тип звезд в нашей Галактике. Несмотря на небольшую массу таких звезд, в их окружении астрономы находят гигантские планеты, которые в 10 раз больше, чем Юпитер — самая большая планета Солнечной системы.

Механизм формирования этих гигантских планет остается нерешенной загадкой, потому что планеты-гиганты Солнечной системы — Юпитер и Сатурн — образовались в результате постепенного роста за счет накопления частиц пыли. А вокруг красных карликов, по мнению большинства ученых, недостаточно материала для медленного формирования больших планет.

Новое исследование ученых из Университета Центрального Ланкашира (Великобритания), показывает, что планеты-гиганты могут образовываться вокруг маленьких звезд, просто процесс их формирования очень быстрый.

Для моделирования эволюции протопланетных дисков вокруг звезд красных карликов авторы использовали распределенные возможности суперкомпьютерной установки Advanced Computing (DiRAC).

Протопланетные диски представляют собой вращающиеся структуры из плотного газа и пыли, окружающие все новорожденные звезды. Исследователи обнаружили, что, в случае когда эти диски достаточно велики, они могут распадаться на сгустки газа, из которых формируются планеты-гиганты. Этот процесс происходит в течение нескольких тысяч лет, что в астрофизическом смысле чрезвычайно быстро.

“Тот факт, что планеты могут формироваться в столь короткие сроки вокруг крошечных звезд, невероятно захватывающий, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования Энтони Мерсера (Anthony Mercer). — Наша работа показывает, что формирование планет — распространенный процесс. Другие миры могут образовываться даже вокруг маленьких звезд, и происходит это различными способами. Поэтому планеты могут быть значительнее разнообразнее, чем мы думали ранее”.

Из модели также следует, что планеты-гиганты, формирующиеся вокруг красных карликов, должны быть очень горячими — температура в их ядрах достигает тысяч градусов. Такие горячие планеты можно легко наблюдать, пока они молоды. Но они быстро тускнеют, так как у них нет внутреннего источника энергии, и окно возможности непосредственного наблюдения за ними очень мало.

Тем не менее, можно наблюдать косвенно, фиксируя их влияние на материнскую звезду. Именно так были открыты многие подобные планеты вокруг маленьких звезд.

“Это был первый случай, когда мы смогли с помощью компьютерного моделирования не только увидеть формирование планет, но и определить их начальные свойства с большой детализацией. Было удивительно обнаружить, что эти планеты могут образовываться так быстро и быть такими горячими”, — говорит второй автор статьи Димитрис Стамателлос (Dimitris Stamatellos).

Насколько верны новые теоретические построения, проверить смогут только будущие наблюдения.

Оригинал earth-chronicles.ru

По теме:

В 16 световых годах от Земли зафиксирована сильнейшая супер вспышка

Девятую планету предложили искать по оптическим вспышкам

Астрономы-любители открыли два необычных коричневых карлика

Железо и магний – основные элементы планет

Какие бывают метеориты и сколько они стоят?

Что такое черные планеты и существуют ли они?

Разумна ли наша Вселенная?

Гипотетическая Девятая планета может оказаться первичной черной дырой

NASA планирует превращать лунный реголит в кислород

Астронавты НАСА, возможно, полетят на Марс через Венеру

Spread the love

Планеты солнечной системы образовались из обрывком туманностей, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежных сил. Именно здесь создаются условия, способствующие разделœению легких и тяжелых частиц туманности. Происходит нечто похожее на наш древний способ добычи золота промывкой из золотоносного песка или на просœеивание зерна в молотилках. Струя воды или воздуха уносит легкие частицы, оставляя тяжелые. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие планеты оно почти не греет. Зато в близких планетах — его жар испаряет всœе способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный «ветер», выдувает из них всœе испарившееся, вообще всœе легкое, оставляя лишь то, что тяжелœее, что «не сдвинœешь с места». По этой причине здесь почти не остается легких газов — водорода и гелия, основной составляющей газопылевой туманности. Мало остается и других «летучих» веществ. Все это уносится горячим «ветром» вдаль. В результате через неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время химический состав облаков-спутников становится совершенно разным. В далеких планетах — он почти не изменился. А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь «прокаленный» и «обдутый» материал — выделœенная «драгоценная жизненно важная примесь» тяжелых элементов. Материал для создания обитаемой планеты готов. Начинается процесс превращения «материала» в «изделие», частиц туманности — в планеты.

В далеких облаках-спутниках много численные молекулы легких газов и редкие легкие пылинки понемногу собираются в огромные рыхлые шары малой плотности. В дальнейшем это планеты группы Юпитера. В облаках-спутниках, близких к Солнцу, тяжелые пылинки слипаются в плотные каменистые комки. Οʜᴎ объединяются в огромные массивные скалистые глыбы, чудовищными серыми угловатыми громадами плывущие по орбитам вокруг своей звезды. Двигаясь по разным, иногда пересекающимся орбитам, эти «астероиды», размером в десятки километров каждый, сталкиваются. В случае если на небольшой относительной скорости, то как бы «вдавливаются» один в другой, «нагромождаются», «налипают» один на другой. Объединяются в более крупные. В случае если на большой скорости, то мнут, крошат друг друга, порождая новую «мелочь», бесчисленные обломки, осколки, которые вновь проходят долгий путь объединœения. Сотни миллионов лет идет данный процесс слияния мелких частиц в крупные небесные тела. По мере увеличения своих размеров они становятся всœе более шарообразными. Растет масса — возрастает сила тяжести на их поверхности. Верхние слои давят на внутренние слои. Выступающие части оказываются грузом более тяжелым и постепенно погружаются в толщу нижелœежащих масс, раздвигая их под собой. Те, отходя в стороны, заполняют собой впадины. Грубый «ком» постепенно сглаживается. В результате вблизи Солнца образуются несколько сравнительно небольших по размеру, но очень плотных, состоящих из очень тяжелого материала, планет земной группы. Среди них — Земля. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов, большим удельным весом. Теперь посмотрим на Землю. На звездном фоне, освещенный с одной стороны яркими солнечными лучами, плывет перед нами огромный каменный шар. Размещено на реф.рф Он ещё не гладкий не ровный. Ещё торчат кое-где выступы слепивших его глыб. Еще «читаются» не полностью заплывшие «швы» между ними. Пока это еще «грубая работа». Но вот что интересно. Уже есть атмосфера. Чуть мутная, очевидно, от пыли, но без облаков. Это выдавленные из недр планеты водород и гелий, которые в свое время прилипли к каменистым частицам и каким-то чудом уцелœели, не были «сдуты» солнечными лучами. Первичная атмосфера Земли. Долго она не продержится. «Не мытьем, так катаньем» Солнце уничтожит её. Легкие подвижные молекулы водорода и гелия под действием нагрева солнечными лучами будут постепенно улетучиваться в космос. Этот процесс принято называть «диссипацией».

Внутри планеты, в смеси с другими оказываются зажатыми, «запертыми» радиоактивные вещества. Οʜᴎ отличаются тем, что непрерывно выделяют тепло, чуть заметно нагреваются. Но в толще планеты этому теплу некуда выйти, нет вентиляции, нет омывающей влаги. Над ними — мощная «шуба» из вышелœежащих слоев. Тепло накапливается. От этого радиоактивного разогрева начинается размягчение всœей толщи планеты. В размягченном виде вещества, в свое время хаотично, бессистемно слепившие её, начинают теперь распределятся по весу. Тяжелые постепенно опускаются, тонут к центру. Легкие выдавливаются ими, поднимаются выше, всплывают всœе ближе к поверхности. Постепенно планета приобретает строение, подобное теперешней нашей Земле, — в центре, сжатой чудовищным весом навалившихся сверху слоев, тяжелое ядро. Оно окружено «мантией» — толстым слоем вещества легче весом. И наконец, снаружи совсœем тонкая, толщиной всœего в несколько десятков километров, «кора», состоящая из наиболее легких горных пород. Радиоактивные вещества в основном содержатся в легких породах. По этой причине теперь они скопились в «коре», греют её. Основное тепло с поверхности планеты уходит в космос, — от планеты «чуть повеяло теплом». А на глубинœе десятков километров тепло сохраняется, разогревая горные породы.

В некоторых местах недра планеты накаляются докрасна. Потом даже больше. Камни плавятся, превращаются в раскаленную, светящуюся оранжево-белым светом огненную кашу- «магму». В толще коры ей тесно. В ней полно сжатых газов, которые готовы были бы взорвать, разбросать всю эту магму во всœе стороны огненными брызгами. Но сил для этого не хватает. Слишком крепка и тяжела окружающая и придавившая сверху кора планеты. И огненная магма, пытаясь хоть как-нибудь вырваться наверх, на свободу, нащупывает между сжимающими её глыбами слабые места͵ протискивается в щели, расплавляя их стенки своим жаром. И понемногу с годами, столетиями набирая силу, поднимается из глубин поверхности планеты. И вот победа! «Канал» пробит! Сотрясая скалы, с грохотом вырывается из недр столб огня. Клубы дыма и пара вздымаются к небу. Летят вверх камни и пепел. Огненная магма, которая принято называть теперь «лава», выливается на поверхности планеты, растекается в стороны. Происходит извержение вулкана. Таких «пробитых изнутри дырок» на планете много. Οʜᴎ помогают молодой планете «бороться с перегревом». Через них она освобождается от накопившейся огненной магмы, «выдыхает» распирающие её горячие газы — в основном углекислый газ и водяной пар, а с ними — разные примеси, такие, как метан, аммиак. Постепенно в атмосфере почти исчезли водород и гелий, и она стала состоять в основном из вулканических газов. Кислорода в ней пока нет и в поминœе. Для жизни эта атмосфера совершенно непригодна. Очень важно, что вулканы выбрасывают на поверхность большое количество водяного пара. Он собирается в облака. Из них на поверхность планеты льются дожди. Вода стекает в низины, накапливается. И понемногу на планете образуются озера, моря, океаны, в которых может развиться жизнь.

На земле совпало несколько благоприятных для жизни обстоятельств. Далеко не каждая звезда становится Солнцем, окруженным планетами. Стоило туманности медленнее вращаться, не возникла бы центробежная сила, не оторвались бы клочки от центрального сгустка, не возникли бы планеты. И плыла бы такая одинокая «бездетная» звезда в чёрной бездне, бесплодно расточая своё тепло и свет… Далеко не всякая звезда, породившая планеты, способна создать на них условия, пригодные для зарождения жизни. Для зарождения и развития жизни нужно очень много времени, миллиарды лет. Всё это время звезда должно гореть ровно, спокойно, одинаково. Тогда условия на планете будут постоянными — и жизнь сможет к ним приспособиться. А ведь звезды далеко не такие не всœе такие спокойные, как наше Солнце. Молодые звезды иногда вспыхивают. Волна испепеляющего жара обрушивается на окружающие планеты, сжигая, испаряя всœе, что способно гореть и кипеть. Жизнь на планете после такого огненного урагана, безусловно, погибнет, и на пустом голом шаре нужно будет начинать всœе сначала.

Астрономы увидели рождение планеты в созвездии Возничего

  • Всего1
  • 0
  • 0
  • 0

Наблюдения, сделанные с помощью очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (VLT ESO), выявили явные признаки рождения звездной системы.

Вокруг молодой звезды AB Aurigae лежит плотный диск из пыли и газа, в котором астрономы обнаружили заметную спиральную структуру с «поворотом», который отмечает место, где может формироваться планета. Наблюдаемая особенность может быть первым прямым свидетельством появления новой планеты.

«Тысячи экзопланет были идентифицированы до сих пор, но мало что известно о том, как они формируются», – говорит Энтони Боккалетти, который возглавлял исследование.

Астрономы знают, что планеты рождаются в пылевых дисках, окружающих молодые звезды, такие как AB Aurigae, когда холодный газ и пыль слипаются вместе.

Новые наблюдения с VLT ESO, опубликованные в Astronomy & Astrophysics, дают важные подсказки, чтобы помочь ученым лучше понять этот процесс.

«Нам нужно наблюдать очень молодые системы, чтобы действительно запечатлеть момент, когда образуются планеты», – говорит Боккалетти. Но до сих пор астрономам не удавалось сделать достаточно четкие и глубокие изображения этих молодых дисков, чтобы найти «поворот», который отмечает место, где может появиться новая планета.

Новые изображения показывают потрясающую спираль из пыли и газа вокруг AB Aurigae, расположенного на расстоянии 520 световых лет от Земли в созвездии Возничий.

Спирали этого типа сигнализируют о наличии “планет-младенцев”, которые воздействуют на газ, создавая «возмущения в диске в форме волны, что-то вроде следа лодки на озере», объясняет астроном Эммануэль Ди Фолко, которая также участвовала в исследовании.

Смотрите также

Астрономия

Девятая планета или черная дыра?

11.07.2020

Астрономия

Две взаимодействующие планеты обнаружены возле звезды WASP-148

10.07.2020

Когда планета вращается вокруг центральной звезды, эта волна приобретает форму спирального рукава.

Очень ярко-желтая область «закрутки» вблизи центра нового изображения AB Aurigae, которое находится примерно на том же расстоянии от звезды, что и Нептун от Солнца, является одним из тех мест, где, по мнению ученых, создается планета.

Полученные изображения – самые подробные изображения системы AB Aurigae, сделанные на сегодняшний день.

С помощью мощной системы визуализации SPHERE астрономы смогли видеть слабый свет от мелких частиц пыли и выбросов, исходящих от внутреннего диска. Они подтвердили наличие спиральных рукавов, впервые обнаруженных ALMA, а также обнаружили еще одну замечательную особенность, «поворот», которая указывает на наличие непрерывного формирования планет на диске.

В настоящее время ESO строит 39-метровый экстремально большой телескоп, который будет опираться на передовые разработки ALMA и SPHERE для изучения внесолнечных миров.

Этот мощный телескоп позволит астрономам получать еще более подробные изображения планет, находящихся в процессе создания. «Мы должны иметь возможность непосредственно и более точно увидеть, как динамика газа способствует образованию планет», – заключают исследователи.

Are we witnessing ongoing planet formation in AB Aurigae? A showcase of the SPHERE/ALMA synergy, Astronomy & Astrophysics (2020). www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202038008

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: