Протопланетный диск

Протоплане́тный диск или проплид — вращающийся околозвёздный диск плотного газа вокруг молодой, недавно сформированной звезды, протозвезды, звёзды типа T Тельца или звёзды Хербига (Ae/Be), из которого впоследствии образуются планеты. Протопланетный диск также может считаться аккреционным диском, поскольку составляющий его газообразный материал со внутреннего радиуса может падать на поверхность звезды.

Протопланетный диск в Туманности Ориона.
Протопланетный диск HH-30 в созвездии Тельца, находящийся на расстоянии около 450 световых лет от Земли.
Протопланетный диск в представлении художника.
Протопланетный диск HL Тельца
Теоретическое изображение протопланетного диска на длинах волн 3 мм и 160 микрон[1][2].

Протопланетные диски были обнаружены вокруг нескольких молодых звёзд нашей Галактики. Наблюдения орбитального телескопа «Хаббл» выявили формирующиеся планетные системы в Туманности Ориона. Астрономы открыли огромные диски из газопылевой материи, похожие на протопланетные, вокруг звёзд Вега, Фомальгаут и Гемма (или Альфекка, α Северной Короны).

Формирование

Протозвезда, как правило, формируется из облака молекулярного газа, преимущественно состоящего из молекул водорода. Распределение вещества в таких облаках не бывает равномерным — некоторые области всегда будут иметь несколько большую плотность, чем другие. Такие области начинают стягиваться друг к другу, и когда сжатая область молекулярного облака достигает критического размера, массы или плотности, начинается её гравитационный коллапс. По мере уплотнения коллапсирующего облака, случайные движения вещества, изначально присутствовавшие в этом облаке, меняют направление в соответствии с чистым угловым моментом формирующейся звезды, и в силу сохранения момента импульса, увеличивается угловая скорость всей туманности. Увеличение скорости приводит к тому, что вещество, оставшееся по периферии от образующейся звезды, из-за действующей на него центробежной силы распределяется в экваториальной плоскости — облако становится «сплющенным». Коллапс образующейся звезды занимает около 100 тыс. лет, после чего температура её поверхности достигает такого же значения как у звезды с главной последовательности аналогичной массы, и молодое светило становится видимым. Так образуется звезда типа Т Тельца. Аккреция газа на звезду продолжается около 10 миллионов лет[3], перед тем как диск исчезнет, а далее он может быть снесён солнечным ветром молодой звезды или же он может просто перестать излучать. Старейший протопланетный диск из обнаруженных имеет возраст в 25 млн лет[4].

Случай быстрого исчезновения

Как предполагалось ранее, образование планет из пыли протопланетного диска, то есть его исчезновение, должно проходить в течение сотен тысяч и миллионов лет. Однако в июле 2012 года астрономы из США и Австралии сообщили об исчезновении протопланетного диска, который отчётливо наблюдался вокруг звезды TYC 8241 2652 ещё всего лишь несколько лет назад[5]. Свечение данного протопланетного диска было впервые зафиксировано в 1984 году, и с тех пор в течение около 20 лет было хорошо доступно для наблюдений. Но в 2009 году обнаружилось, что его яркость уменьшилась на 2/3, а к 2010 году диск стал почти неразличим. То есть диск исчез всего лишь приблизительно за три года, что является абсолютным рекордом, никогда не наблюдавшимся ранее.

Сначала в объяснение событию последовало предположение, что, диск, вероятно, не исчез, а лишь оказался заслонен каким-то другим объектом, однако впоследствии эта гипотеза не подтвердилась.

Другое возможное объяснение необычного явления состоит в предположении о частичном вытеснении материала диска фотоиспарительным ветром на более далёкое расстояние, однако в таком случае должна была бы повыситься его светимость в последние годы, чего не наблюдалось.

Ещё одна гипотеза предполагает, что TYC 8241 2652 не имел протопланетного диска с самого начала, а наблюдавшийся с 1984 года диск — это разогретая пыль, выброшенная в космическое пространство в ходе сценария, аналогичного с мегаимпактной моделью формирования Луны. Впоследствии эта пыль могла либо рассеяться, либо осесть на поверхности звезды. Но к данному предположению тоже возникает вопрос относительно слишком быстрого времени.

Одним из объяснений может быть то, что из диска за столь короткое время сформировались планеты, и тогда, получается, что «образование планет происходит намного быстрее и эффективнее», — как считает Карл Мэлис.

Впрочем, дальнейшие, более детальные наблюдения и исследование данных по протопланетным дискам, с целью выявить, уменьшилась ли за последние годы яркость какого-либо ещё из них, вероятно, помогут решить данную проблему.

Связь с абиогенезом

Согласно одному из последних исследований методом компьютерного моделирования, составляющие непосредственную основу жизни сложные органические молекулы могли образоваться из частиц пыли в протопланетном диске Солнца ещё до формирования Земли. По данным компьютерного исследования, подобные процессы могут происходить и в других планетных системах.[6]

См. также

Ссылки

Примечания
  1. Ось диска наклонена к наблюдателю под углом 75 градусов. Изображения получены по результатам моделирования динамики самогравитирующего газопылевого диска и расчета переноса излучения. Справа от центра присутствует плотный фрагмент — зародыш планеты. На длине волны 3 мм, в которой диск прозрачен, этот фрагмент наблюдается в виде пятна повышенной яркости (левая карта). На длине 160 мкм, в котором диск является оптически толстым, фрагмент проявляется в виде темной области (правая карта). Институт астрономии РАН
  2. Воробьёв Э. И., Павлюченков Я. Н., Тринкл П. Влияние вспышек светимости на свойства протозвездных дисков // Астрономический журнал (Astronomy Reports) / Глав. ред. А. А. Боярчук. — «Наука», 2014. — Т. 91, № 8. — С. 610. — ISSN 0004-6299. — doi:10.7868/S0004629914080088.
  3. Mamajek, E.E., Meyer, M.R., Hinz, P.M., Hoffmann, W.F., Cohen, M., & Hora, J.L. Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid-Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana-Horologium Association (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2004. — Vol. 612, no. 1. — P. 496—510. — doi:10.1086/422550. — . — arXiv:astro-ph/0405271.
  4. White, R.J. & Hillenbrand, L.A. A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2005. — Vol. 621, no. 1. — P. L65—L68. — doi:10.1086/428752. — . — arXiv:astro-ph/0501307.
  5. У звезды в созвездии Кентавра пропал диск — Правда. Ру
  6. Moskowitz, Clara Life's Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun. Space.com (29 марта 2012). Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 8 августа 2012 года.

Литература
  • Williams, J. P.; Cieza, L. A. (2011). «Protoplanetary Disks and Their Evolution». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 67.
  • Armitage, P. J. (2011). «Dynamics of Protoplanetary Disks». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 195—236.
  • Sanford S.; Davis. A New Model for Water Vapor and Ice Abundance in a Protoplanetary Nebula (англ.) // American Astronomical Society, DPS meeting #38, #66.07 : journal. — 2006. — Vol. 38. — P. 617. — .. — «».
  • Barrado y Navascues, D. The Castor moving group: The age of Fomalhaut and Vega (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — EDP Sciences, 1998. — Vol. 339, no. 3. — P. 831—839. — . — arXiv:astro-ph/9905243. Архивировано 29 сентября 2007 года.
  • Paul Kalas, J. Graham, M. Clampin. A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut's dust belt (англ.) // Nature : journal. — 2005. — Vol. 435, no. 7045. — P. 1067—1070. — doi:10.1038/nature03601. — . — arXiv:astro-ph/0506574. — PMID 15973402.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.