Группа астрономов обнаружила, что формирование планет в нашей молодой Солнечной системе началось намного раньше, чем считалось ранее, и что строительные блоки планет росли одновременно с Солнцем.
Изучение некоторых из самых старых звезд во Вселенной предполагает, что строительные блоки таких планет, как Юпитер и Сатурн, начинают формироваться по мере роста молодой звезды. Считалось, что планеты формируются только тогда, когда звезда достигает своего окончательного размера, но новые результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, предполагают, что звезды и планеты «растут» вместе.
Это исследование меняет наше понимание того, как формировались планетные системы, в том числе наша собственная Солнечная система, потенциально решая главную загадку астрономии.
У нас есть довольно хорошее представление о том, как формируются планеты, но один нерешенный вопрос заключался в том, когда они формируются: начинается ли формирование планет рано, пока родительская звезда все еще растет, или миллионы лет спустя? — говорит доктор Эми Бонсор из Института астрономии в Кембридже, первый автор исследования.
Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Бонсор и ее коллеги изучили атмосферы белых карликов — древних, тусклых остатков звезд, подобных нашему Солнцу, — чтобы изучить строительные блоки формирования планет.
По словам Бонсор, некоторые белые карлики представляют собой удивительные лаборатории, потому что их тонкие атмосферы практически являются кладбищами планет.
Обычно внутренности экзопланет находятся вне досягаемости телескопов. Однако особый класс белых карликов, известных как «загрязненные», содержит в своей обычно чистой атмосфере тяжелые элементы, такие как магний, железо и кальций.
Эти элементы, должно быть, произошли от небольших тел, таких как астероиды, оставшихся от планет, столкнувшихся с белыми карликами и сгоревших в их атмосферах. В результате спектроскопические наблюдения за загрязненными белыми карликами могут показать состав этих разрушенных астероидов, давая астрономам прямое представление об условиях, в которых они образовались.
Считается, что формирование планет начинается с протопланетного диска, состоящего в основном из водорода, гелия и крошечных частиц льда и пыли, вращающегося вокруг молодой звезды. Согласно ведущей в настоящее время теории формирования планет, частицы пыли цепляются друг за друга, в конечном итоге образуя все более и более крупные твердые тела. Некоторые из этих более крупных тел будут продолжать срастаться, чтобы стать планетами, а некоторые останутся в виде астероидов, таких как те, которые врезались в белых карликов в текущем исследовании.
Исследователи проанализировали спектроскопические наблюдения атмосфер 200 загрязненных белых карликов из ближайших галактик. Согласно их анализу, смесь элементов, наблюдаемая в атмосферах этих белых карликов, может быть объяснена только тем, что многие из первоначальных астероидов когда-то расплавились, в результате чего тяжелое железо попало в атмосферу и ядро, а более легкие элементы всплывают на поверхность. Этот процесс, известный как дифференциация, дал Земле ядро, богатое железом.
По словам Бонсор, причина таяния может быть связана только с очень короткоживущими радиоактивными элементами, которые существовали на самых ранних стадиях планетарной системы, но распались всего за миллион лет. Другими словами, если эти астероиды были расплавлены чем-то, что существовало очень короткое время на заре планетарной системы, то процесс формирования планет должен начаться очень быстро.
Исследование предполагает, что картина раннего формирования планет, вероятно, верна, а это означает, что у Юпитера и Сатурна было достаточно времени, чтобы вырасти до своих нынешних размеров.
Наше исследование дополняет растущий консенсус в этой области о том, что формирование планет началось рано, и первые тела сформировались одновременно со звездой, — сказала Бонсор.
Анализ загрязненных белых карликов говорит нам, что этот процесс радиоактивного плавления является потенциально повсеместным механизмом, способствующим формированию всех внесолнечных планет.
Это только начало — каждый раз, когда мы находим новый белый карлик, мы можем собрать больше доказательств и узнать больше о том, как формируются планеты. Мы можем проследить такие элементы, как никель и хром, и сказать, насколько большим должен был быть астероид, когда он сформировал свое железное ядро. Удивительно, что мы можем изучать такие процессы в экзопланетных системах.
