Астрономи дізналися, як утворюються планети в подвійних зоряних системах

Дослідники з Кембриджського університету й Інституту позаземної фізики Макса Планка показали, як виникли екзопланети в подвійних зоряних системах, виявлені космічним телескопом Кеплер, повідомляє phys.org

Учені вивчили тип подвійної зоряної системи, у якій менша зірка-компаньйон обертається навколо більшої батьківської зірки приблизно раз на 100 років — наш найближчий сусід, Альфа Центавра, є прикладом такої системи.

"Уявіть, що друге Сонце знаходиться на місці Урана, це зробило б нашу Cонячну систему зовсім іншою", — говорить доктор Роман Рафіків із Кембриджського університету.

Рафіків і його співавтор доктор Кедрон Сілсбі з Інституту позаземної фізики Макса Планка виявили, що для формування планет у цих системах планетезималі — планетарні будівельні блоки, які обертаються навколо молодої зірки — повинні мати в діаметрі не менше 10 кілометрів, а диск із пилу, льоду та газу, що оточує зірку, всередині якої утворюються планети, має бути відносно круглим.

Дослідження пояснює, як могли утворитися багато з виявлених подібних планет.

Вважається, що формування планет починається з протопланетного диска, що складається в основному з водню, гелію та крихітних частинок льоду та пилу, який обертається навколо молодої зірки. Відповідно до сучасної теорії формування планет, відомої як акреція ядра, частинки пилу з'єднуються один із одним, утворюючи в підсумку більші тверді тіла. Якщо процес припиниться рано, вийде кам'яниста планета, схожа на Землю. Якщо планета виростає більша за Землю, то її гравітації досить, щоб вловити більшу кількість газу з диска, що призведе до утворення газового гіганта, подібного до Юпітера.

"Ця теорія має сенс для планетних систем, сформованих навколо однієї зірки, але формування планет у подвійних системах є більш складним процесом, тому що зірка-компаньйон впливає на протопланетний диск", — говорить Рафіків.

"У системі з однією зіркою частки в диску рухаються з невеликою швидкістю, тому вони легко з'єднуються при зіткненні, що дозволяє їм наростити масу нового об'єкта", — говорить Сілсбі. "Але через гравітаційного ефекту зірки-компаньйона в подвійній системі тверді частинки стикаються один з одним з набагато більшою швидкістю. Тому, коли вони стикаються, вони знищують один одного".

Але багато екзопланети знайдені саме в подвійних системах, тому постає питання — як вони туди потрапили? Деякі астрономи припускають, що, можливо, ці планети плавали в міжзоряному просторі і, наприклад, були захоплені гравітацією подвійної системи.

Рафіків і Сілсбі провели серію моделювань, щоб розгадати цю загадку. Вони розробили детальну математичну модель зростання планет у подвійній системі, яка використовує реалістичні фізичні дані та враховує процеси, які часто не беруться до уваги, такі як гравітаційний вплив газового диска на рух планетезималей усередині нього.

"Відомо, що диск безпосередньо впливає на планетезималі за рахунок опору газу, діючи як свого роду вітер, — говорить Сілсбі. — Кілька років тому ми зрозуміли, що крім опору газу, гравітація самого диска різко змінює динаміку планетезималей, у деяких випадках дозволяючи планетам формуватися навіть незважаючи на гравітаційні збурення, викликані зіркою-компаньйоном".

Моделювання показало, що планети можуть утворитися в подвійних системах, таких як Альфа Центавра, за умови, що планетезималі спочатку мають розмір не менше 10 кілометрів у діаметрі і що сам протопланетний диск досить круглий. Коли ці умови виконуються, планетезималі в певних частинах диска в підсумку рухаються досить повільно відносно один одного, щоб з'єднатися, а не зруйнувати один одного.

Ці дані підтверджують особливий механізм утворення планетезималей, званий потоковою нестабільністю, який є невід'ємною частиною процесу формування планет.

Ця нестабільність є загальним ефектом, який залучає безліч твердих частинок у присутній газ, що здатен концентрувати частинки пилу різного розміру, щоб створити кілька великих планетезималей, які переживуть більшість зіткнень.