Протопланетный диск

Протоплане́тный диск или проплид — вращающийся околозвёздный диск плотного газа вокруг молодой, недавно сформированной звезды, протозвезды, звёзды типа T Тельца или звёзды Хербига (Ae/Be), из которого впоследствии образуются планеты. Протопланетный диск также может считаться аккреционным диском, поскольку составляющий его газообразный материал со внутреннего радиуса может падать на поверхность звезды.

Протопланетный диск HL Тельца

Теоретическое изображение протопланетного диска на длинах волн 3 мм и 160 микрон^[1]^[2]

Протопланетный диск в Туманности Ориона

Протопланетный диск HH-30 в созвездии Тельца, находящийся на расстоянии около 450 световых лет от Земли

Протопланетный диск в представлении художника

Протопланетные диски были обнаружены вокруг нескольких молодых звёзд нашей Галактики. Наблюдения орбитального телескопа «Хаббл» выявили формирующиеся планетные системы в Туманности Ориона. Астрономы открыли огромные диски из газопылевой материи, похожие на протопланетные, вокруг звёзд Вега, Фомальгаут и Гемма (или Альфекка, α Северной Короны).

ФормированиеПравить

Протозвезда, как правило, формируется из облака молекулярного газа, преимущественно состоящего из молекул водорода. Распределение вещества в таких облаках не бывает равномерным — некоторые области всегда будут иметь несколько большую плотность, чем другие. Такие области начинают стягиваться друг к другу, и когда сжатая область молекулярного облака достигает критического размера, массы или плотности, начинается её гравитационный коллапс. По мере уплотнения коллапсирующего облака, случайные движения вещества, изначально присутствовавшие в этом облаке, меняют направление в соответствии с чистым угловым моментом формирующейся звезды, и в силу сохранения момента импульса, увеличивается угловая скорость всей туманности. Увеличение скорости приводит к тому, что вещество, оставшееся по периферии от образующейся звезды, из-за действующей на него центробежной силы распределяется в экваториальной плоскости — облако становится «сплющенным». Коллапс образующейся звезды занимает около 100 тыс. лет, после чего температура её поверхности достигает такого же значения как у звезды с главной последовательности аналогичной массы, и молодое светило становится видимым. Так образуется звезда типа Т Тельца. Аккреция газа на звезду продолжается около 10 миллионов лет^[3], перед тем как диск исчезнет, а далее он может быть снесён солнечным ветром молодой звезды или же он может просто перестать излучать. Старейший протопланетный диск из обнаруженных имеет возраст в 25 млн лет^[4].

Случай быстрого исчезновенияПравить

Как предполагалось ранее, образование планет из пыли протопланетного диска, то есть его исчезновение, должно проходить в течение сотен тысяч и миллионов лет. Однако в июле 2012 года астрономы из США и Австралии сообщили об исчезновении протопланетного диска, который отчётливо наблюдался вокруг звезды TYC 8241 2652 ещё всего лишь несколько лет назад^[5]. Свечение данного протопланетного диска было впервые зафиксировано в 1984 году, и с тех пор в течение около 20 лет было хорошо доступно для наблюдений. Но в 2009 году обнаружилось, что его яркость уменьшилась на 2/3, а к 2010 году диск стал почти неразличим. То есть диск исчез всего лишь приблизительно за три года, что является абсолютным рекордом, никогда не наблюдавшимся ранее.

Сначала в объяснение событию последовало предположение, что, диск, вероятно, не исчез, а лишь оказался заслонен каким-то другим объектом, однако впоследствии эта гипотеза не подтвердилась.

Другое возможное объяснение необычного явления состоит в предположении о частичном вытеснении материала диска фотоиспарительным ветром^[en] на более далёкое расстояние, однако в таком случае должна была бы повыситься его светимость в последние годы, чего не наблюдалось.

Ещё одна гипотеза предполагает, что TYC 8241 2652 не имел протопланетного диска с самого начала, а наблюдавшийся с 1984 года диск — это разогретая пыль, выброшенная в космическое пространство в ходе сценария, аналогичного с мегаимпактной моделью формирования Луны. Впоследствии эта пыль могла либо рассеяться, либо осесть на поверхности звезды. Но к данному предположению тоже возникает вопрос относительно слишком быстрого времени.

Одним из объяснений может быть то, что из диска за столь короткое время сформировались планеты, и тогда, получается, что «образование планет происходит намного быстрее и эффективнее», — как считает Карл Мэлис.

Впрочем, дальнейшие, более детальные наблюдения и исследование данных по протопланетным дискам, с целью выявить, уменьшилась ли за последние годы яркость какого-либо ещё из них, вероятно, помогут решить данную проблему.

Связь с абиогенезом Править

Согласно одному из последних исследований методом компьютерного моделирования, составляющие непосредственную основу жизни сложные органические молекулы могли образоваться из частиц пыли в протопланетном диске Солнца ещё до формирования Земли. По данным компьютерного исследования, подобные процессы могут происходить и в других планетных системах.^[6]

См. такжеПравить

СсылкиПравить

ПримечанияПравить

↑ Ось диска наклонена к наблюдателю под углом 75 градусов. Изображения получены по результатам моделирования динамики самогравитирующего газопылевого диска и расчета переноса излучения. Справа от центра присутствует плотный фрагмент — зародыш планеты. На длине волны 3 мм, в которой диск прозрачен, этот фрагмент наблюдается в виде пятна повышенной яркости (левая карта). На длине 160 мкм, в котором диск является оптически толстым, фрагмент проявляется в виде темной области (правая карта). Институт астрономии РАН
↑ Воробьёв Э. И., Павлюченков Я. Н., Тринкл П. Влияние вспышек светимости на свойства протозвездных дисков // Астрономический журнал (Astronomy Reports) / Глав. ред. А. А. Боярчук. — «Наука», 2014. — Т. 91, № 8. — С. 610. — ISSN 0004-6299. — doi:10.7868/S0004629914080088.
↑ Mamajek, E.E., Meyer, M.R., Hinz, P.M., Hoffmann, W.F., Cohen, M., & Hora, J.L. Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid-Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana-Horologium Association (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2004. — Vol. 612, no. 1. — P. 496—510. — doi:10.1086/422550. — Bibcode: 2004ApJ...612..496M. — arXiv:astro-ph/0405271.
↑ White, R.J. & Hillenbrand, L.A. A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2005. — Vol. 621, no. 1. — P. L65—L68. — doi:10.1086/428752. — Bibcode: 2005ApJ...621L..65W. — arXiv:astro-ph/0501307.
↑ У звезды в созвездии Кентавра пропал диск — Правда. Ру (неопр.). Дата обращения: 12 октября 2012. Архивировано 15 октября 2012 года.
↑ Moskowitz, Clara Life's Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun (неопр.). Space.com (29 марта 2012). Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 8 августа 2012 года.

ЛитератураПравить

Williams, J. P.; Cieza, L. A. (2011). «Protoplanetary Disks and Their Evolution». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 67.
Armitage, P. J. (2011). «Dynamics of Protoplanetary Disks». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 195—236.
Sanford S.; Davis. A New Model for Water Vapor and Ice Abundance in a Protoplanetary Nebula (англ.) // American Astronomical Society, DPS meeting #38, #66.07 : journal. — 2006. — Vol. 38. — P. 617. — Bibcode: 2006DPS....38.6607D.. — «».
Barrado y Navascues, D. The Castor moving group: The age of Fomalhaut and Vega (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — EDP Sciences, 1998. — Vol. 339, no. 3. — P. 831—839. — Bibcode: 1998A&A...339..831B. — arXiv:astro-ph/9905243. Архивировано 29 сентября 2007 года.
Paul Kalas, J. Graham, M. Clampin. A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut's dust belt (англ.) // Nature : journal. — 2005. — Vol. 435, no. 7045. — P. 1067—1070. — doi:10.1038/nature03601. — Bibcode: 2005Natur.435.1067K. — arXiv:astro-ph/0506574. — PMID 15973402.

[1] Ось диска наклонена к наблюдателю под углом 75 градусов. Изображения получены по результатам моделирования динамики самогравитирующего газопылевого диска и расчета переноса излучения. Справа от центра присутствует плотный фрагмент — зародыш планеты. На длине волны 3 мм, в которой диск прозрачен, этот фрагмент наблюдается в виде пятна повышенной яркости (левая карта). На длине 160 мкм, в котором диск является оптически толстым, фрагмент проявляется в виде темной области (правая карта). Институт астрономии РАН

[2] Воробьёв Э. И., Павлюченков Я. Н., Тринкл П. Влияние вспышек светимости на свойства протозвездных дисков // Астрономический журнал (Astronomy Reports) / Глав. ред. А. А. Боярчук. — «Наука», 2014. — Т. 91, № 8. — С. 610. — ISSN 0004-6299. — doi:10.7868/S0004629914080088.

[3] Mamajek, E.E., Meyer, M.R., Hinz, P.M., Hoffmann, W.F., Cohen, M., & Hora, J.L. Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid-Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana-Horologium Association (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2004. — Vol. 612, no. 1. — P. 496—510. — doi:10.1086/422550. — Bibcode: 2004ApJ...612..496M. — arXiv:astro-ph/0405271.

[4] White, R.J. & Hillenbrand, L.A. A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2005. — Vol. 621, no. 1. — P. L65—L68. — doi:10.1086/428752. — Bibcode: 2005ApJ...621L..65W. — arXiv:astro-ph/0501307.

[5] У звезды в созвездии Кентавра пропал диск — Правда. Ру (неопр.). Дата обращения: 12 октября 2012. Архивировано 15 октября 2012 года.

[Space-20120329-6] Moskowitz, Clara Life's Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun (неопр.). Space.com (29 марта 2012). Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 8 августа 2012 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]