Планетоутворення залежить від місце розташування, розташування і ще раз розташування

Астрономи, використовуючи космічний телескоп Хаббла, виявили, що планетам важко утворюватися у грубій та суровій центральній області масивного, переповненого зоряного кластера Westerlund 2. Розташований на відстані 20 000 світлових років, Вестерлунд 2 - це унікальна лабораторія для вивчення зоряних еволюційних процесів, тому що він знаходиться відносно неподалік, досить молодий і містить велику зоряну популяцію.

Про це розповідають в НАСА.

Трирічне вивчення телескопом Хаббла зірок у Вестерлунді 2 виявило, що попередники планетоутворюючих дисків, що оточують зорі біля центру кластера, загадковим чином позбавлені великих, щільних пилових хмар, які через кілька мільйонів років можуть стати планетами.

Однак спостереження показують, що зірки на периферії кластера дійсно мають величезні планетоутворюючі пилові хмари, вбудовані в їхні диски. Дослідники вважають, що наша Сонячна система слідувала цьому рецепту, коли утворилася 4,6 млрд років тому.

То чому ж деякі зірки у Вестерлунді 2 важко утворюють планети, а інші - ні? Схоже, що утворення планет залежить від місця розташування, розташування і ще раз розташування. Найбільш масивні і найяскравіші зірки в кластері скупчуються в ядрі, що підтверджується спостереженнями за іншими зіркоутворюючими областями. Центр кластера містить щонайменше 30 надзвичайно масивних зірок, частина яких до 80 разів більше за масу Сонця. Їх стрімке ультрафіолетове випромінювання та ураганоподібні зоряні вітри заряджених частинок розпаюють диски навколо сусідніх зірок з меншою масою, розсіюючи гігантські хмари пилу.

"В основному, якщо у вас є зірки-монстри, їх енергія буде змінювати властивості дисків навколо сусідніх, менш масивних зірок", - пояснила Олена Саббі з Науково-дослідного інституту космічного телескопа в Балтіморі та ведучий дослідник Хаббла. "У вас все ще може бути диск, але зірки змінюють склад пилу на дисках, тому важче створити стійкі структури, які врешті-решт стануть планетами. Ми вважаємо, що пил або випаровується за 1 мільйон років, або змінюється за складом і розміром настільки сильно, що для утворення планет немає будівельних блоків".

Спостереження Хаббла представляють собою перший випадок, коли астрономи проаналізували надзвичайно щільний зоряний кластер, щоб вивчити, які середовища сприятливі для планетоутворення. Вчені, однак, все ще дискутують, чи народжуються громіздкі зірки в центрі, чи вони мігрують туди. В ядрі Вестерлунда 2 вже є масивні зірки, не дивлячись на те, що це порівняно молода система, віком 2 мільйони років.

Використовуючи Ширококутну камеру 3 на Хабблі, дослідники виявили, що із майже 5000 зірок у Вестерлунді 2 з масою, що від 0,1 до 5 разів перевищує масу Сонця, 1500 з них показують флуктуації у своєму світлі у міру того, як зірки акреціюють матеріал із своїх дисків. Зібраний у згустки матеріал, обертаючись у диску, тимчасово блокує частину зоряного світла, викликаючи коливання яскравості.

Новини за подібною темою:

Масивні зірки – фабрики інгредієнтів життя

Однак Хаббл виявив ознаки такого обертального матеріалу лише навколо зірок поза центральним регіоном кластера. Телескоп був свідком великих падінь яскравості протягом приблизно 10-20 днів у близько 5% зірок, перш ніж вони повернулися до нормальної яскравості. Не було виявлено цих падінь яскравості у зірок, що знаходяться у межах чотирьох світлових років від центру. Ці коливання могли бути спричинені великими згустками пилу, що проходили перед зіркою. Ці згустки були б у диску, нахиленому майже по краях при виді з Землі. "Ми думаємо, що вони є планетезималями або структурами в стадії формування", - пояснив Саббі. "Це може бути насіння, яке в кінцевому підсумку призведе до утворення планет у більш розвинених системах. Це системи, яких ми не бачимо близько до дуже масивних зірок. Ми бачимо їх лише в системах поза центром".

Завдяки Хабблу астрономи тепер можуть бачити, як зірки акреціюються в оточенні, подібному до раннього Всесвіту, де у кластерах панували зірки-монстри. Поки що найвідомішим зоряним оточенням поблизу, яке містить масивні зірки, є область народження зірок у туманності Оріона. Однак, Вестерлунд 2 є багатшою ціллю через ще більшу зоряну популяцію

"Спостереження Хаббла за Вестерлундом 2 дають нам набагато краще розуміння того, як зірки різної маси змінюються з часом, і як потужні вітри та випромінювання від дуже масивних зірок впливають на довколишні зірки меншої маси та їх диски", - сказала Саббі. "Ми бачимо, наприклад, що зірки меншої маси, як наше Сонце, які знаходяться поблизу надзвичайно масивних зірок у скупченні, все ще мають диски і все ще можуть накопичувати матеріал у міру зростання. Але структура їхніх дисків (і, отже, їх планетоутворююча здатність), схоже що, сильно відрізняється від структури дисків навколо зірок, які утворюються в спокійнішому середовищі, віддаленому від ядра кластера. Ця інформація важлива для побудови моделей планетоутворення та еволюції зірок".

Цей кластер стане чудовою лабораторією для спостережень з майбутнім космічним телескопом Джеймса Вебба - інфрачервоною обсерваторією НАСА. Хаббл допоміг астрономам визначити зірки, які мають можливі планетарні структури. За допомогою Вебба дослідники зможуть вивчити, які диски навколо зірок не акреціюють матеріал, та які диски все ще мають матеріал, який міг би нарощуватися у планети. Ця інформація про 1500 зірок дозволить астрономам картографувати шлях того, як зростають і розвиваються зоряні системи. Вебб також зможе вивчати хімію дисків на різних еволюційних фазах і спостерігати, як вони змінюються, а також допомагати астрономам визначити, який вплив оточуюче середовище спричиняє на їх еволюцію.

Космічний телескоп Ненсі Грейс Роман від НАСА – ще одна запланована інфрачервона обсерваторія, зможе виконати дослідження Саббі на значно більшій площі. Вестерлунд 2 - це лише невеликий фрагмент величезного регіону зореутворення. Ці величезні регіони містять кластери зірок різного віку та різної щільності. Астрономи могли б використовувати спостереження космічного телескопа Роман, щоб почати збирати статистику про те, як характеристики зірки, такі, як їх маса чи відтоки, впливають на їх власну еволюцію чи природу зірок, що утворюються поблизу. Спостереження можуть також надати більше інформації про те, як формуються планети в жорсткому оточенні.

Результати свого дослідження команда вчених опублікувала в The Astrophysical Journal.

* На фото на початку статті: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), A. Nota (ESA/STScI) and the Westerlund 2 Science Team

Читайте ще цікаві новини про космос.

• утворення планет