Рожденные на съедение

Молодые звезды в процессе роста пожирают зародыши потенциальных планет

Молодые звезды «пожирают» целые планеты в процессе своего роста. Иллюстрация: Vadim Sadovski/Shutterstock

Молодые звезды в процессе роста «заглатывают» окружающие их пыль и газ сгустками. Эти сгустки, не будь они проглочены светилом, могли бы превратиться в планеты, рассказал Эдуард Воробьев из  Южного федерального университета в Ростове-на-Дону и Венского университета в Австрии.

В 1937 году яркость звезды FU Ориона увеличилась в 250 раз. Это можно было бы принять за образование сверхновой, то есть последнюю вспышку, которая происходит перед «смертью» светила. Однако FU Ориона была молодой звездой, и после вспышки ее яркость не уменьшилась и остается на высоком уровне по сей день. Долгое время FU Ориона считалась уникальным случаем, однако затем были найдены и другие звезды со схожим поведением.

10 лет назад Эдуард Воробьев и его коллега Шантану Басу из Университета Западного Онтарио (Канада) предложили теоретическую модель, объясняющую такие вспышки. Недавно их модель успешно прошла испытания наблюдениями.

Звезды рождаются в облаках газа и пыли, которые вращаются и сжимаются до звездных плотностей под действием собственной гравитации. Часть вещества облака, вращающаяся вокруг молодой звезды, образует так называемый протопланетный диск.

Вещество протопланетного диска под действием вязких сил постепенно падает на звезду — за счет этого звезда и набирает массу. Ученые предположили, что этот процесс идет неравномерно и периодически молодые звезды вспыхивают, «проглотив» большую порцию вещества из диска.

Вещество протопланетного диска сбивается в сгустки из-за гравитационной неустойчивости. «Суть этого явления — в росте случайных возмущений в околозвездном диске. Такие возмущения всегда присутствуют в диске, например в результате турбуленции («завихрений», образующихся в потоке вещества) или внешнего воздействия», — пояснил Воробьев.

Иллюстрация предоставлена Эдуардом Воробьевым


Если масса диска относительно невелика, то эти возмущения быстро затухают. «Однако если она превышает некоторое критическое значение (около нескольких процентов от массы Солнца), то такие возмущения начинают быстро расти благодаря сильной гравитации, приводят к появлению спиральных рукавов и арок, подобных тем, что мы наблюдаем в галактиках», — поясняет ученый. Рукава и арки образуются в околозвездном диске на ранних стадиях эволюции и исчезают после того, как почти все его вещество будет израсходовано на рост звезды и/или образование планет.

Если же масса околозвездного диска превышает 7—10% массы Солнца, гравитационная неустойчивость может приводить к образованию в рукавах и арках компактных газовых сгустков — «эмбрионов» планет-гигантов. «Мое численное гидродинамическое моделирование показывает, что большинство газовых сгустков, образующихся в диске в результате гравитационной неустойчивости, быстро теряют скорость вращения в результате гравитационного взаимодействия со спиральными рукавами диска и падают на звезду», — объяснил он.

Подобно поленьям, брошенным в печь, протопланетные «эмбрионы», падающие на звезду, выделяют энергию в виде вспышки излучения. Каждые десять дней в течение такой вспышки звезда потребляет количество вещества, эквивалентное массе Земли. Данный темп потребления вещества рассчитан из следующих параметров: масса сгустка — 5 масс Юпитера, время вспышки — 50 лет. «В принципе чем массивнее звезда, тем массивнее может быть околозвездный диск и тем массивнее могут фрагменты, образующиеся в диске за счет гравитационной фрагментации. Так что если сгусток будет иметь массу в 50 масс Юпитера (то есть протокоричневый карлик), что в принципе возможно, то и темп потребления вещества увеличится в 10 раз», — пояснил Воробьев.

Однако отдельные «эмбрионы»-счастливчики, которые образуются на окраинах околозвездного диска, могут избежать этой участи. Такие сгустки превращаются в планеты-гиганты или коричневые карлики, которые находятся на расстоянии сотен астрономических единиц (1 астрономическая единица — это примерно 149 миллионов километров, то есть среднее расстояние от Земли до Солнца) от светила. Такие планеты есть, например, у звезд Фомальгаут и 1RXS. «Мои расчеты показывают, что выживание протопланетных «эмбрионов» на больших орбитальных расстояниях происходит, в среднем, в одной из 5—10 планетарных систем», — уточняет Воробьев.

Ученый полагает, что этот процесс характерен для звезд с массой, близкой к солнечной. «Околозвездные диски вокруг маломассивных звезд (<20—30% от массы Солнца) и коричневых карликов не обладают достаточной массой для развития гравитационной неустойчивости, в то время как излучение массивных звезд (>5—10 масс Солнца) приводит к разогреву окружающих их дисков, что делает развитие гравитационной неустойчивости также проблематичным», — объясняет он.

Модель Воробьева подтвердили недавние наблюдения, проведенные на телескопе Subaru на Гавайях. Астрономы нашли предсказанные моделью рукава и арки у протопланетных дисков четырех молодых звезд, включая FU Ориона, переживающих вспышки яркости. Результаты Воробьева и коллег опубликованы в журнале Science Advances.
Теги:

Читать еще на Чердаке: