Група астрономів проаналізувала розподіл маси у понад 870 планетоутворювальних дисках у хмарі Оріона А. Використовуючи статистичні властивості цієї безпрецедентно великої вибірки дисків і розробивши інноваційну схему обробки даних, вони виявили, що далеко від суворого середовища, наприклад гарячих зірок, зниження маси дисків залежить лише від їхнього віку. Результати показують, що принаймні в межах 1000 світлових років від Землі планетоутворювальні диски та планетні системи еволюціонують подібним чином.
Деякі з найцікавіших питань у сучасних астрономічних дослідженнях: "Як виглядають інші планетні системи?" та "Наскільки Сонячна система співставна з іншими планетними системами?" Команда астрономів внесла вагомий внесок у вирішення цих загадок.
«Досі ми не знали напевно, які властивості домінують в еволюції планетарних дисків навколо молодих зірок», — каже Сіерк ван Тервісга з Інституту астрономії Макса Планка, що в Гейдельберзі, Німеччина. Він - провідний автор дослідницької статті на цю тему, опублікованої в журналі Astronomy & Astrophysics. «Наші нові результати показують, що за умов будь-якого зовнішнього впливу спостережувана маса диска, яка доступна для формування нових планет, залежить лише від віку системи зірка-диск», — додає ван Тервісга.
Маса диска є ключовою властивістю при вивченні еволюції планетоутворювальних дисків. Ця величина визначає, скільки матеріалу доступно для перетворення на планети. Залежно від віку диска, маса також може дати підказки про планети, які вже присутні там. Зовнішні впливи, такі як опромінення та вітер від сусідніх масивних зірок, очевидно, впливають на виживання диска. Однак такі середовища зустрічаються рідко, й ці процеси мало що розкривають про самі диски. Натомість астрономів більше цікавлять властивості самого диска, такі як вік, хімічний склад або динаміка батьківської хмари, з якої виникли молоді зорі зі своїми дисками.
Щоб мати значну різноманітність, команда астрономів вибрала велику та добре відому область молодих зірок з дисками — хмару Оріона А. Вона знаходиться на відстані приблизно 1350 світлових років від Землі. «Оріон А надав нам безпрецедентно велику вибірку з понад 870 дисків навколо молодих зірок. Важливим було мати можливість знайти невеликі варіації в масах дисків залежно від віку й навіть від локального середовища всередині хмари», – пояснює Альваро Хакар, співавтор роботи, науковець з Віденського університету, що в Австрії.
Ця вибірка заснована на більш ранніх спостереженнях за допомогою космічного телескопа Гершеля, який дозволив ідентифікувати диски. Поєднання кількох довжин хвиль надало критерій для оцінки їхнього віку. Оскільки всі вони належать до однієї хмари, астрономи очікували незначного впливу хімічного складу та змін в історії хмари. Вони також уникли будь-якого впливу масивних зірок у розташованому неподалік кластері Туманності Оріона (ONC), відбракувавши диски ближче 13 світлових років.
Для вимірювання маси диска команда використовувала Атакамський великий міліметровий/субміліметровий масив (ALMA), розташований на плато Чайнантор у чилійській пустелі Атакама. ALMA складається зі 66 параболічних антен, які функціонують як єдиний телескоп з налаштовуваною кутовою роздільною здатністю. Вчені застосували режим спостереження, який дозволив їм ефективно націлювати на кожен диск на довжині хвилі близько 1,2 міліметра. Холодні диски яскраві в цьому спектральному діапазоні. З іншого боку, внесок центральних зірок незначний. Завдяки такому підходу астрономи визначили масу пилу в дисках. Проте спостереження нечутливі до об’єктів, розмір яких перевищує кілька міліметрів, напр. камені та планети. Тому команда ефективно виміряла масу матеріалу диска, здатного утворювати планети.
Перш ніж обчислити масу диска, астрономи об’єднали та відкалібрували дані від кількох десятків телескопів ALMA. Це завдання стає досить складним при роботі з великими обсягами даних. При використанні стандартних методів, обробка зібраних даних зайняла б місяці. Натомість команда розробила новий метод з використанням паралельних обчислень. «Наш новий підхід підвищив швидкість обробки у 900 разів», – зазначає співавтор Раймонд Оунк зі SURF, компанії-постачальника ІТ-послуг у співробітництві. 3000 процесорних годин, необхідних для виконання задачі та підготовки даних для подальшого аналізу, промайнули менше ніж за день.
Загалом Оріон А містить планетоутворювальні диски, кожен з яких містить пил обсягом до кількох сотень земних мас. Однак з 870 дисків лише 20 містять пил, еквівалентний 100 землям або більше. В цілому, стрімко зменшується кількість дисків з масою, що переважно менша за 2,2 земних мас пилу. «Для пошуку варіацій ми розділили хмару Orion A та проаналізували ці регіони окремо. Завдяки сотням дисків, підвибірки все ще були достатньо великими, щоб дати статистично значущі результати», — пояснює ван Тервісга.
Насправді вчені виявили незначні варіації в розподілі мас дисків на масштабах у десятки світлових років в межах Оріона А. Проте всі вони можуть бути пояснені як віковий ефект, тобто протягом кількох мільйонів років маси дисків мають тенденцію зменшуватися у сторону до старіших популяцій. У межах похибки, скупчення планетоутворювальних дисків одного віку демонструють однаковий розподіл маси. Немає нічого дивного у тому, що маса пилу в планетоутворювальних дисках зменшується з часом. Адже пил є однією із сировинних матеріалів для планет. Отже, формування планет, безумовно, зменшує кількість вільного пилу. Іншими добре відомими процесами є міграція пилу до центру диска та випаровування пилу під дією опромінення від зірки-господаря. Тим не менш, дивно спостерігати таку сильну кореляцію між масою диска та віком.
Усі ці диски вийшли з того самого середовища, яке зараз являє собою хмару Оріона A. Як це порівнюється з іншими молодими популяціями зоряних дисків? Астрономи розглянули це питання, порівнявши свої результати з кількома сусідніми областями зореутворення з планетоутворювальними дисками. За винятком двох, усі вони добре відповідають відношенню маси та віку, знайденому в Оріоні А. «Загалом, ми думаємо, що наше дослідження доводить, що принаймні протягом наступних 1000 світлових років або близько того, всі популяції планетоутворювальних дисків демонструють однаковий розподіл маси у певному віці. І, здається, вони еволюціонують більш-менш однаково», – підсумовує ван Тервісга. Результат може навіть натякати на утворення приголомшливо схожих планетних систем.
У якості наступного кроку вчені будуть розглядати можливі впливи поряд розташованих зірок у менших масштабах у кілька світлових років. Хоча вони уникали сильного поля випромінювання, викликаного масивними зірками в ONC, є потенційно слабкіші зорі, які можуть впливати на пил у сусідніх дисках і змінювати статистику маси диска. Такий внесок може пояснити деякі відхилення, виявлені у відношенні маси диска до віку. Отримані результати можуть допомогти посилити загальну картину еволюції планетоутворювального диска, де домінує вік.
Коментарі
Дописати коментар