Странные пылевые диски вокруг молодых звёзд могут быть обломками столкновений 

Фото из открытых источников

Новые наблюдения 21 экстремального диска обломков позволяют предположить, что пыль образовалась в результате мощных столкновений между телами, формирующими планеты, и даже могут указывать на звездные системы, находящиеся в процессе планетарной перестройки. Результаты нового исследования опубликованы в Astrophysical Journal.

«Впервые нам удалось собрать достаточно данных, чтобы по-настоящему понять этот подкласс объектов, которые мы называем дисками экстремального космического мусора», — говорит ведущий автор исследования Кейт Су из Института космических исследований. «До появления телескопа Webb у нас была ограниченная информация. Мы знали, что они необычные и сильно отличаются от типичных холодных дисков из обломков, которые нам известны, таких как Вега и Фомальгаут. Теперь, когда у нас больше данных, мы можем точно определить, что эти диски представляют собой для формирования и эволюции планет».

Астрономы проанализировали среднеинфракрасные спектры 21 диска экстремальных обломков (EDD): 16 из них были получены с помощью среднеинфракрасного прибора на борту космического телескопа Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA, а пять — с помощью космического телескопа Spitzer NASA.

Для 12 из этих систем впервые были получены полные спектры в среднем инфракрасном диапазоне.

Эта пыль отличается от пыли, встречающейся в типичных дисках, формирующих планеты, или в более старых дисках из обломков. Зерна в таких дисках в основном имеют субмикронный размер, меньше, чем зерна размером в несколько микрон, которые преобладают в протопланетных дисках, и гораздо больше их в оптически тонкой форме.

Зерна также демонстрируют признаки нагревания и изменений, включая высокое содержание кристаллических силикатов и, в некоторых системах, кремнезема.

Восемь из 21 системы, около 38%, были классифицированы как богатые кремнеземом. Менее 10% протопланетных дисков относятся к этой категории.

Исследователи предполагают, что кремнезем образуется, когда удары испаряют горные породы, а пар быстро конденсируется — процесс, аналогичный образованию стекловидных сферических частиц в обломках, образовавшихся в результате ударов на Земле и Луне.

Кристаллические силикаты, такие как форстерит, могут образовываться в результате конденсации или отжига, при котором существующая пыль нагревается и перестраивается.

По мнению авторов, богатые кремнием диски образуются в результате столкновений крупных планетных зародышей, сравнимых с Марсом.

Диски с низким содержанием кремнезема, но богатые кристаллическими силикатами, могли образоваться в результате менее мощных столкновений, вероятно, между меньшими телами размером с Луну или в результате касательных ударов с низкой скоростью.

«Самое захватывающее для меня было увидеть их излучение в среднем инфракрасном диапазоне и прекрасные спектральные характеристики с помощью телескопа Webb, что позволило нам определить их состав», — сказала Агнес Коспал из обсерватории Конколи. «У нас нет другого способа изучать эти планетарные зародыши напрямую, потому что они слишком малы».

Обогащенные кремнием энергетические дислокации появляются только вокруг звезд моложе примерно 300 миллионов лет, что согласуется с результатами моделирования, в котором фаза гигантских столкновений при формировании планет земной группы затухает через несколько сотен миллионов лет.

Три из обнаруженных в образце эндоплазматических дендритных разломов старше 300 миллионов лет, и все три бедны кремнеземом и имеют очень выраженные пики на длине волны 10 микрон.

Группа исследователей предполагает, что такие системы, а также другие диски с низким содержанием кремнезема и очень большим количеством мелких зерен, могут быть признаками поздней динамической нестабильности, когда планеты или другие тела перестраивают свои орбиты и поднимают в воздух более мелкие объекты.

«Процесс формирования каменистых планет и эволюции гигантских планет является частью более широкой истории создания Солнечной системы. Это единая история», — говорит Су. «Наша работа по исследованию экстремальных дисков из обломков помогает нам составить целостную картину того, что мы сейчас понимаем».