Планеты могут формироваться в бинарных системах не будучи раздавленными

Астрономы разработали наиболее реалистичную на сегодня модель образования планет в бинарных звездных системах.

Об этом рассказывают в Кембриджском университете.

Исследователи из Кембриджа и Института внеземной физики Макса Планка показали, как экзопланеты в бинарных звездных системах — похожие на планету "Татуин" из "Звездных войн", обнаруженные космическим телескопом НАСА "Кеплер" (например) — появились, не разрушаясь в своей хаотичной среде рождения.

Они изучили тип бинарной системы, в которой меньшая звезда-компаньон вращается вокруг большей родительской звезды примерно раз в 100 лет — примером такой системы является наша ближайшая соседка Альфа Центавра.

"Такая система была бы эквивалентом второго Солнца на месте нахождения Урана, что сделало бы нашу Солнечную систему совсем другой", - сказал соавтор работы доктор Роман Рафиков из кафедры прикладной математики и теоретической физики Кембриджа.

Рафиков и его соавтор доктор Кедрон Силсби из Института Макса Планка обнаружили, что для формирования планет в этих системах планетезимали — строительные блоки для планет, вращающиеся вокруг молодой звезды, — должны начинать минимум с 10 километров в диаметре, а диск из пыли, льда и газа, окружающий звезду, внутри которой образуются планеты, должен быть относительно круглым.

Исследование, опубликованное в журнале "Astronomy and Astrophysics", выводит исследование формирования планет в бинарах на новый уровень реализма и объясняет, как могли образоваться такие планеты, некоторое число из которых уже обнаружено.

Как образуются планеты?

Считается, что образование планет начинается на протопланетном диске, который состоит в основном из водорода, гелия и крошечных частиц льда и пыли, вращающегося вокруг молодой звезды. Согласно текущей ведущей теории о том, как образуются планеты, известной как аккреция ядра, частицы пыли прилипают друг к другу, со временем образуя все большие и большие твердые тела. Если процесс остановится рано, результатом может стать каменистая планета, похожая на Землю. Если планета становится больше Земли, то ее гравитации достаточно для захвата большого количества газа из диска, что приводит к образованию такого газового гиганта, как Юпитер.

"Эта теория имеет смысл для планетных систем, образованных вокруг одной звезды, но формирование планет в бинарных системах является сложным, поскольку звезда-компаньон действует как гигантский яйцезбиватель, который динамично возбуждает протопланетный диск", - сказал Рафиков.

"В системе с одной звездой частицы в диске движутся с низкой скоростью, поэтому они легко слипаются при столкновении, что позволяет им расти", - сказал Силсби. "Но из-за гравитационного "яйцезбивательного" эффекта звезды-спутника в бинарной системе твердые частицы сталкиваются между собой на гораздо большей скорости. Поэтому, столкнувшись, они разрушают друг друга".

Откуда в бинарных системах взялись планеты?

Много экзопланет было обнаружено в бинарных системах, поэтому вопрос в том, как они туда попали. Некоторые астрономы даже предполагают, что, возможно, эти планеты плавали в межзвездном пространстве и были затянуты, например, под действием гравитации бинарной системы.

Рафиков и Силсби провели ряд симуляций, чтобы помочь разгадать эту загадку. Они разработали детальную математическую модель роста планет в бинарной системе, которая использует реалистичные физические входные данные и учитывает процессы, на которые часто не обращают внимания, такие как гравитационное воздействие газового диска на движение планетезималей внутри него.

"Известно, что диск непосредственно влияет на планетезимали с помощью газа, действуя как своего рода ветер", - сказал Силсби. "Несколько лет назад мы поняли, что в дополнение к газу, гравитация самого диска резко меняет динамику планетезималей, в некоторых случаях позволяя планетам формироваться даже несмотря на гравитационные возмущения, вызванные звездным спутником".

"Созданная нами модель объединяет эту работу, как и другие предыдущие работы, для проверки теорий формирования планет", - сказал Рафиков.

Их модель показала, что планеты могут образовываться в бинарных системах, таких как Альфа Центавра, при условии, что планетезимали начинаются с размера менее 10 километров в диаметре, а сам протопланетный диск близок к круглой форме, без больших неровностей. При соблюдении этих условий планетезимали в определенных частях диска в конечном итоге движутся довольно медленно друг относительно друга, чтобы слипаться, а не разрушать друг друга.

Эти выводы подтверждают, что особый механизм формирования планетезималей, который называется потоковой нестабильностью, является неотъемлемой частью процесса формирования планет. Эта нестабильность представляет собой коллективный эффект, включающий много твердых частиц в присутствии газа, который способен сконцентрировать пылевые зерна размером от гальки до валуна для получения нескольких крупных планетезималей, которые пережили бы большинство столкновений.

Результаты этой работы дают важное представление о теории формирования планет вокруг бинарных и одиночных звезд, а также для гидродинамического моделирования протопланетных дисков у бинаров. В будущем модель также можно будет использовать для объяснения происхождения планет-"татуинов" — экзопланет, вращающихся вокруг обоих компонентов бинара — около десятка из них были идентифицированы космическим телескопом НАСА "Кеплер".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.