До образования планет нашей системы молодое Солнце могло быть окружено гигантскими кольцами пыли. Такую теорию выдвинули ученые из Департамента наук о Земле, окружающей среде и планетах Университета Райса в Хьюстоне.
Пылевые кольца, говорят они, могли помешать Земле вырасти до размеров суперземли. Это класс экзопланет, которые массивнее Земли, но легче ледяных гигантов, таких как Нептун и Уран.
Почему Земля не стала больше
Суперземли могут состоять из газа, камня или их комбинации. Они в два раза больше Земли и до 10 раз массивнее. Эти типы планет составляют около 30% небесных тел, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд.
Однако в Солнечной системе это не так.
Что-то произошло в Солнечной системе, что, должно быть, помешало Земле достичь больших размеров. Следовательно, наша планета не суперземля, а просто Земля, — говорит доктор Андре Изидоро, астрофизик из Университета Райса.
Чтобы понять, как это произошло, доктор Изидоро и его коллеги использовали суперкомпьютер для создания сотен моделей формирования Солнечной системы. В их модели, представленной в статье в научном журнале Nature Astronomy, вокруг Солнца образовались кольца, похожие на те, что видны вокруг многих далеких молодых звезд. Моделирование основано на последних астрономических исследованиях ранних звездных систем.
Пылевые кольца формируются вокруг молодых звезд
В течение десятилетий ученые считали, что газ и пыль в протопланетных дисках, окружающих молодые звезды, постепенно становятся менее плотными по мере увеличения их расстояния от звезды. Но компьютерное моделирование показывает, что планеты вряд ли могут быть сформированы из однородных дисков.
В однородном диске все твердые частицы — пылинки или валуны — должны очень быстро поглащаться звездой, — объясняет проф. Андреа Изелла, физик и астроном из Университета Райса, соавтор исследования. - Нужно что-то, способное удерджать их, что даст им время превратиться в планеты.
Моделирование показывает, что протопланетные диски вовсе не однородные. В них есть участки с более высокой плотностью вещества. Они образуют характерные кольца.
Их существование основано не только на теории. Астрономы наблюдали такие кольца с помощью интерферометра ALMA (Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array), расположенного на плато Чайнантор в чилийских Андах.
ALMA может делать очень четкие снимки молодых планетарных систем, которые все еще формируются. Мы обнаружили, что многие из протопланетных дисков в этих системах содержат кольца , — говорит проф. Изелла. - Это области, где частиц пыли больше, чем в промежутках между кольцами.
Модель, разработанная командой доктора Изидоро предполагает, что подобные кольца образовались в ранней Солнечной системе в трех местах. Ближайшее к Солнцу кольцо - это место, где позднее сформировались Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Планеты образуются из колец пыли
Протопланетные диски со временем остывают. Этот процесс приводит к тому, что пыль слипается в объекты размером с астероид, называемые планетезимали. Они, в свою очередь, сталкиваются друг с другом и соединяются, образуя планеты.
Доктор Изидоро объясняет, что предыдущие исследования предполагали, что планетезимали могут формироваться, если пыль будет достаточно концентрированной. Однако ни одна модель не предложила убедительного теоретического объяснения того, как может накапливаться пыль.
Наша модель показывает, что различия в плотности могут концентрировать пыль. В результате получается что-то, что работает как фабрика планетезималей, - говорит доктор Изидоро.
Но почему наша планета не выросла до размеров суперземли? По мнению исследователей, это связано с моментом образования колец.
Если бы срединное кольцо появилось позже, могла бы быть образованна суперземля. Однако вышло иначе, поэтому наша планета не так массивна, как могла бы быть, — говорит доктор. Изидоро.
Источники: Nature Astronomy, Университет Райса
