Астрономы, использующие Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA), изучили десятки молодых звезд, подобных Солнцу, и других, почти в два раза больших, и обнаружили, что более крупные из них имеют богатые коллекции монооксида углерода в своих пылевых дисках. Напротив, менее массивные солнцеподобные звезды имеют пылевые диски, которые практически не содержат газа.
Это открытие противоречит ожиданиям астрономов, что более сильное излучение от более крупных звезд должно поглощать газ из их пылевых облаков быстрее, чем относительно слабое излучение от более мелких звезд. Также это может быть новый взгляд на процесс формирования планет-гигантов вокруг молодых звезд.
Пылевые диски обнаруживаются вокруг звезд, которые теряют заполненные газом протопланетные диски и начинают формирование планет, астероидов, комет и других планетезималей. Вокруг молодых звезд многие из этих новообразованных объектов все еще оседают на своих орбитах и сталкиваются, производя достаточно обломков для формирования второго пылевого диска.
Более ранние спектроскопические измерения пылевых дисков показали, что некоторые из них имели неожиданные химические признаки, указывающие на избыток окиси углерода. Открытие было неожиданным, поскольку астрономы считают, что газ уже давно должен был исчезнуть.
Чтобы понять, почему некоторые звезды сохраняют богатый газом диск, Джесси Лиман-Сифри и его команда изучили 24 звездные системы в OB-ассоциации созвездий Скорпиона и Центавра. Это рыхлые звездные скопления в нескольких сотнях световых лет от Земли, содержащие сотни маломассивных и умеренно массивных звезд. Наше Солнце классифицируется как не очень массивное.
Астрономы сузили поиск до звезд возрастом около 10 миллионов лет — достаточно старых, чтобы создать полную планетную систему с пылевым диском — и использовали ALMA для изучения вспышек субмиллиметровой длины волны от угарного газа в звездных пылевых дисках.
Команда проводила исследование в течение шести ночей в период с декабря 2013 года по декабрь 2014 года, наблюдая за происходящим всего по 10 минут каждую ночь. В ходе этих исследований были проведены самые обширные интерферометрические измерения на миллиметровых волнах.
Имея невероятно богатую коллекцию наблюдений, астрономы нашли самый богатый газовый диск за одно исследование. Из выборки из 24 дисков исследователи обнаружили три с сильным выбросом угарного газа. К их удивлению, все три диска, богатые газом, окружали звезды примерно в два раза массивнее Солнца. Ни одна из шестнадцати меньших звезд, подобных Солнцу, в выборке не обнаружила диска с большим запасом окиси углерода. Эти наблюдения предполагают, что диски газового ложа более вероятны вокруг более крупных звезд, чем вокруг солнцеподобных.
Это открытие противоречит здравому смыслу, потому что очень массивные звезды наводняют свои планетарные системы мощным ультрафиолетовым излучением, которое должно разрушить углекислый газ в их пылевых дисках. Однако это новое исследование показывает, что более крупные звезды каким-то образом способны сохранять или пополнять запасы угарного газа, в том числе через столкновение комет или испарение ледяной мантии пылинок.
Тот факт, что этот газ существует, может сыграть важную роль в формировании планет. Угарный газ является основным компонентом атмосферы планет-гигантов. Его присутствие в пылевом диске может означать, что другие газы, включая водород, также присутствуют, но, возможно, в гораздо меньшей концентрации. Астрономы предполагают, что если некоторые пылевые диски способны удерживать значительное количество газа, это может изменить предсказанное время формирования планет-гигантов вокруг молодых звезд.
Будущие наблюдения этих богатых газом дисков с высоким разрешением позволят астрономам определить местонахождение газа в диске, что поможет понять его происхождение. Если газ образуется в результате столкновений планетезималей, астрономам следует сосредоточиться на областях диска, где они происходят. ALMA — единственный прибор, способный получать изображения такого типа с высоким разрешением.
Согласно Лиману-Сифре, эти диски так же разнообразны, как и сопровождающие их планетарные системы. Открытие того, что некоторые пылевые диски вокруг более крупных звезд удерживают монооксид углерода дольше, чем диски, подобные Солнцу, может пролить свет на то, какую роль этот газ играет в связывании планетной системы.
