Учёные ЮФУ объяснили формирование суперземель

Российские ученые проанализировали эволюцию молодых звезд и выяснили, как формируются планеты на ранних стадиях. Это поможет изучать процессы, происходящие при образовании экзопланет, что позволит лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.

Исследования ученых из Южного федерального университета (ЮФУ), Института астрономии РАН (ИНАСАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Препринт статьи опубликован на портале ArXiv.org.

«Результаты нашего исследования позволят пересмотреть сложившийся взгляд на временную шкалу формирования планет у многочисленных звезд, подобных Солнцу», – говорит автор исследования, ведущий научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Эдуард Воробьев.

Вопрос формирования планет волнует ученых очень давно. Достоверно известно, что на начальном этапе вокруг молодой звезды образуется протопланетный диск – скопление космической пыли и газа. Дальнейшие процессы, предшествующие формированию небесного тела, до сих пор вызывают споры. Одни считают, что крошечные частицы пыли соединяются в крупные объекты. Если такой объект притянет к себе много газа, он превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет – в каменистую планету, как Земля. Однако это медленный процесс и есть вероятность, что газ рассеется еще до формирования газового гиганта. Другие утверждают, что газовые гиганты формируют внезапные коллапсы в наиболее плотных и холодных областях протопланетного диска. Этот процесс в миниатюре копирует процесс формирования звезд. Сегодня наиболее привлекательной считается первая теория, которая, тем не менее, не способна объяснить все разнообразие наблюдаемых экзопланет – планет вне Солнечной системы. Поэтому перспективным становится поиск новых сценариев, включающих в себя элементы обеих теорий.

Научные сотрудники ЮФУ, ИНАСАН и НГУ проанализировали эволюцию молодых звезд. Ранее считалось, что рост пыли идет медленно и формирование планет начинается в дисках возрастом около миллиона лет. Ученые показали, что эти процессы начинаются намного раньше, почти одновременно с образованием диска и самой звезды.

Чтобы проследить процесс роста пыли и формирования планеты на ранних стадиях развития, ученые использовали метод гидродинамического моделирования. Он предполагает, что околозвездные газ и пыль можно рассматривать как сжимаемую жидкость и применить к ее описанию стандартные уравнения гидродинамики. Моделирование позволило ученым выяснить, что пыль, сравнимая по размеру с бактериями, может в результате слипания превратиться в метровый валун на самых ранних стадиях эволюции диска, уже по прошествии ста тысяч лет после образования звезды. Валуны, общая масса которых превышает земную в несколько сотен раз, дрейфуют по направлению к звезде, что облегчает процесс образования небесных тел на небольшом расстоянии от звезды. Именно в этих областях космический телескоп Kepler обнаружил многочисленные планеты, получившие название «суперземель» из-за их массы, превышающей массу Земли в несколько раз.

К 1 июня 2018 года достоверно подтверждено существование 3786 экзопланет. Изучение этих объектов — одна из самых перспективных задач современной астрономии и астрофизики. И это связано не только с поиском планет, находящихся в зоне обитаемости (пространстве вокруг звезды, внутри которого возможно существование жидкой воды на поверхности небесных тел). Изучение процессов, происходящих при формировании экзопланет, также помогает ученым лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.