Pervye pryamye izobrazheniya protoplanetnyh diskov.
28.02.2011 21:03 | N.T. Ashimbaeva/GAISh, Moskva

Vpervye s pomosh'yu teleskopa Subaru polucheny pryamye izobrazheniya protoplanetnyh diskov u zvezd LkCa 15 i AB Aur, sravnimyh po razmeram s Solnechnoi sistemoi. Vyyavlennye struktury u zvezd svidetel'stvuyut o vozmozhnom formirovanii planet-gigantov.

• >> Pervye pryamye izobrazheniya protoplanetnyh diskov.   (N.T. Ashimbaeva/GAISh, Moskva, 28.02.2011 21:03, 12.0 KBait, otvetov: 2) Planety obrazuyutsya v gazopylevyh diskah, okruzhayushih molodye zvezdy. Esli udastsya zaglyanut' v mesta rozhdeniya planet, to eto oznachaet, chto my smozhem sovershit' puteshestvie v proshloe Zemli i vsei Solnechnoi sistemy. Teper' astronomy smogli poluchit' detal'nye izobrazheniya protoplanetnyh diskov dlya dvuh zvezd s pomosh'yu teleskopa Subaru na Gavaiyah. Eto pervyi sluchai, kogda struktura diska, sopostavimaya po razmeram s nashei sobstvennoi Solnechnoi sistemoi, byla horosho razreshena, byli vyyavleny takie osobennosti kak, kol'ca i probely, kotorye svyazany s formirovaniem planet-gigantov. Nablyudeniya yavlyayutsya chast'yu sistematicheskogo obzora dlya poiska planet i diskov vokrug molodyh zvezd s ispol'zovaniem kamery s vysokoi kontrastnost'yu, razrabotannoi special'no dlya etoi celi.

  Planetnye sistemy podobno nashei prakticheski yavlyayutsya pobochnymi produktami zvezdoobrazovaniya. V rezul'tate gravitacionnogo vozdeistviya vnov' obrazovavsheisya zvezdy ostatki gaza i pyli formiruyut plotnyi, ploskii disk, vrashayushiisya vokrug zvezdy. Iz sgustkov veshestva v diske uzhe pod deistviem ih sobstvennoi gravitacii formiruyutsya plotnye tela - planety. V poslednie gody nablyudaetsya sushestvennyi progress kak v nablyudeniyah (v osnovnom kosvennyh), tak i v teoreticheskom modelirovanii takih "protoplanetnogo" diskov. Dva novyh nablyudeniya dobavili novye podrobnosti, vyyavivshie struktury, kotorye nikogda ran'she ne nablyudalis'.

  
  
  

  Risunok 1. Obsheprinyataya model' evolyucii protoplanetnogo diska vokrug zvezd solnechnogo tipa. (Izobrazhenie: Subaru Telescope& NAOJ).

  Na risunke 1. predstavlena obsheprinyataya do nastoyashego vremeni model' formirovaniya planetnoi sistemy u zvezd. Dva verhnih risunka otnosyatsya k stadii protozvezdy. Zvezdy rozhdayutsya, kogda molekulyarnoe oblako, sostoyashee iz holodnogo gaza i pyli, pod deistviem gravitacii nachinaet szhimat'sya. Dalee massa protozvezdy postepenno uvelichivaetsya za schet akkrecii veshestva iz roditel'skogo oblaka. Eto veshestvo obrazuet vokrug zvezdy tolstyi protoplanetnyi disk. Energiya, vydelyayushayasya pri padenii veshestva, nagrevaet disk, i ego izluchenie mozhno nablyudat' v infrakrasnom i submillimetrovom diapazonah. Obychno vozrast takih ob'ektov ne prevyshaet 100 000 let.

  Na sleduyushem risunke predstavlena shema zvezdy tipa Solnca primerno v vozraste 1 milliona let, takie zvezdy otnosyat k klassu zvezd tipa T Tau. V takih ob'ektah nablyudaetsya sil'nyi zvezdnyi veter, kotoryi unosit veshestvo zvezdy vovne. V vozraste okolo 10 millionov let u zvezd tipa Solnca protoplanetnyi disk stanovitsya ton'she, v nem nachinayut formirovat'sya planety.

  Samaya nizhnyaya diagramma - shematicheskoe predstavlenie zvezdy v ee stabil'nom sostoyanii, v vozraste ot 100 millionov let, kogda v ee yadre idut reakcii yadernogo sinteza. Protoplanetnogo diska kak takovogo uzhe ne ostalos', vse veshestvo ushlo na formirovanie planet. No stolknoveniya tel sistemy, takih kak asteroidy, mogut formirovat' vtorichnyi disk, naprimer, pylevoi disk u zvezd tipa Beta Pictoris (β Zhivopisca), ili analog zodiakal'noi pyli v nashei Solnechnoi sisteme.

  Lavinoobrazno uvelichivayushee kolichestvo otkrytyh planet u drugih zvezd vyzyvaet povyshennyi interes k probleme ih formirovaniya, k protoplanetnym diskam kak ih pervoistochnikam. Izuchat' eti diski ochen' slozhno. Razmery ih ochen' maly, a izluchenie central'noi zvezdy prosto "zabivaet" slabyi signal ot diska. Krome togo, imeyushiesya sredstva nablyudenii dayut vozmozhnost' razreshat' tol'ko strukturu vneshnih sloev diska.

  Special'nye instrumenty pomogayut preodolevat' eti trudnosti. Koronograf oblegchaet nablyudenie slabyh ob'ektov vokrug zvezd - v nem primenyayutsya special'nye maski, zakryvayushie izluchenie zvezdy. Ispol'zovanie adaptivnoi optiki pozvolyaet sushestvenno povyshat' prostranstvennoe razreshenie putem kompensacii razmytiya izobrazhenii iz-za vliyaniya atmosfery.

  Novye nablyudeniya byli sdelany s pomosh'yu kamery HiCIAO (The High-Contrast Coronographic Imager for Adaptive Optics), koronografa v sochetanii s sistemoi iz 188 elementov adaptivnoi optiki, ustanovlennogo na 8,2 metrovom teleskope Subaru. On sozdavalsya dlya izucheniya slabyh komponentov zvezd, korichnevyh karlikov, planet-gigantov okolo blizkih zvezd, no mozhet ispol'zovat'sya i dlya izucheniya okolozvezdnyh diskov. HiCIAO yavlyaetsya usovershenstvovannoi versiei CIAO (Coronographic Imager with Adaptive Optics). On vypolnen v vide nastraivaemoi kamery, sostoyashii iz neskol'kih modulei, kotorye mogut byt' nastroeny v zavisimosti ot rezhima raboty.

  Nablyudeniya yavlyayutsya chast'yu proekta SEEDS - Strategic Explorations of Exoplanets and Disks with Subaru - Strategicheskie Issledovaniya ekzoplanet i diskov s pomosh'yu Subaru, rukovodimogo Motohide Tamura (Motohide Tamura) iz Nacial'noi Astronomicheskoi Observatorii Yaponii. V ramkah SEEDS, nachatogo v 2009 godu, vedetsya sistematicheskii poisk ekzoplanet i protoplanetnyh diskov.

  Odnoi iz issledovannyh zvezd byla LkCa 15 zvezda, nahodyashayasya na rasstoyanii okolo 450 svetovyh let ot Zemli v sozvezdii Tel'ca. Eto sovsem molodaya zvezda, ee vozrast sostavlyaet neskol'kih millionov let, nashe Solnca v tysyachu raz starshe. Iz predydushih nablyudenii ee infrakrasnogo spektra i izlucheniya v millimetrovom diapazone uchenye sdelali vyvod o nalichie bol'shogo razryva v centre ee protoplanetnogo diska. Poluchennye izobrazheniya (risunok 2) pokazyvayut otrazheniya zvezdnogo sveta ot poverhnosti diska, t.e. v pervyi raz chetko viden ostryi krai razryva. Samoe interesnoe, chto razryv imeet ellipticheskuyu formu i ne centrirovan otnositel'no zvezdy, i kazhetsya odnobokim.

  
  
  

  Risunok 2. Eto izobrazhenie polucheno s pomosh'yu kamery HiCIAO, ustanovlennoi na teleskope Subaru. Pokazana yarkaya duga rasseyannogo otrazhennogo sveta (vydeleno belym) ot protoplanetnogo diska vokrug molodoi zvezdy LkCa 15 (nahoditsya v centre, zakrytom maskoi v vide temnogo kruga). Rezkii vnutrennii krai soprovozhdaetsya bol'shim razryvom v diske. Etot razryv yavno odnobokii, znachitel'no bolee vyrazhen sleva, - i, skoree vsego, vyzvan nalichiem odnoi ili bolee novorozhdennyh planet, vrashayushihsya vokrug zvezdy. (Izobrazhenie: MPIA (Christian Thalmann) & NAOJ).

  Naibolee veroyatnym ob'yasneniem razryva na diske LkCa 15 i, v chastnosti, ego asimmetrii, yavlyaetsya nalichie odnoi ili neskol'kih planet, nedavno obrazovavshihsya iz veshestva diska, kotorye zametali gaz i pyl' pri svoem vrashenii. Interesno, chto razryv diska dostatochno bol'shoi, velichina ego takova, chto v nem mogut razmestit'sya orbity vseh planet nashei Solnechnoi sisteme. Poetomu ochen' zamanchivo predpolozhit', chto LkCa 15 mozhet byt' v processe formirovaniya planetnoi sistemy, pohozhei na nashu sobstvennuyu. Sami planety eshe ne obnaruzheny, no ne isklyucheno, chto eto tol'ko vopros vremeni.

  
  
  

  Risunok 3. Eskiz trehmernoi formy protoplanetnogo diska vokrug zvezdy LkCa 15. Na izobrazheniyah HiCIAO viden tol'ko svet, otrazhennyi ot vneshnego diska (pokazan zheltym cvetom). Drugie strukturnye osobennosti byli vyvedeny iz predydushih kosvennyh nablyudenii sistemy. Bol'shoi razryv mezhdu vnutrennim i vneshnim diskami, skoree vsego, vyzvan deistviem odnoi ili bolee novorozhdennyh planet, vrashayushihsya vokrug zvezdy. Sami planety do sih por ne obnaruzheny. (Izobrazhenie: MPIA (Christian Thalmann) & NAOJ)

  Vtoraya zvezda, za kotoroi velos' nablyudenie - zvezda AB Aur v sozvezdii Voznichego, ona raspolozhena na rasstoyanii 470 svetovyh let ot Zemli. Eta zvezda eshe molozhe - ee vozrast sostavlyaet tol'ko odin million let. Eta zvezda - odna iz naibolee issleduemyh peremennyh zvezd, v 2008 godu uzhe bylo polucheno izobrazhenie diska vokrug nee. Novye nablyudeniya vpervye pokazali detali na masshtabah, sravnimyh s razmerami nashei sobstvennoi Solnechnoi sistemy. Na izobrazheniyah mozhno videt' dvoinuyu kol'cevuyu sistemu s kol'cam razmerami okolo 40 i 100 a.e. i kol'ceobraznyi razryv mezhdu nimi. Naiden naklon mezhdu kol'cami diska, i pri etom veshestvo diska ne raspredeleno simmetrichno vokrug zvezdy - neregulyarnye obrazovaniya mogut ukazyvayut na nalichie, po krainei mere, odnoi ochen' massivnye planety.

  
  
  

  Risunok 4. Izobrazhenie AB Aur v blizhnei infrakrasnoi oblasti (1,6 mkm). Na verhnih panelyah predstavleny snimki, sdelannye HiCIAO i CIAO. Oba izobrazheniya imeyut pole zreniya 7,5" na 7,5". Vverhu sleva - izobrazhenie, poluchennoe HiCIAO s ispol'zovaniem koronograficheskoi maskoi diametrom 0,3". Vverhu sprava - izobrazhenie, poluchennoe CIAO s ispol'zovaniem iskusstvennoi maski diametrom 1,7". Nizhnie paneli pokazyvayut vnutrennyuyu chast' diska AB Aur. Oba izobrazheniya imeyut pole zreniya 2,0" na 2,0". Vnizu sleva - izobrazhenie s koronograficheskoi zatemnyayushei maskoi diametrom 0,3". Vnizu sprava pokazany harakternye osobennosti central'noi oblasti. Ellipsy, oboznachennye preryvistoi liniei - vneshnee i vnutrennee kol'ca. Sploshnoi ellipsoid ukazyvaet na ogromnyi razryv mezhdu kol'cami. Znak "+" pokazyvaet na polozhenie zvezdy. Kruzhok - yavlyaetsya centrom vneshnego kol'ca. Dlya etogo ob'ekta 1" sootvetstvuet 144 a.e. v real'nom masshtabe. (Izobrazhenie: NAOJ/J. Hashimoto)

  Eti dva poluchennyh rezul'tata ochen' vazhny, oni, v pervuyu ochered', pokazyvayut osobennosti diskov, v kotoryh proishodit obrazovanie planet, prichem, na masshtabah, sravnimyh s Solnechnoi sistemoi. Pryamye snimki ubeditel'no svidetel'stvuet o sushestvovanii planet-gigantov tipa Yupitera, kotorye okazyvayut vliyanie na strukturu diska. Obnaruzheniya uzhe sformirovavshihsya planet za odin million let postavilo issledovatelei v tupik. Schitalos', chto planety-giganty, takie kak Yupiter i Saturn, a takzhe gigantskie ekzoplanety formiruyutsya v techenie neskol'kih desyatkov millionov let. Poetomu poluchennye rezul'taty zastavlyayut peresmatrivat' teorii formirovaniya planet. V ramkah proekta SEEDS budet prodolzhat' poisk i izuchenie ekzoplanet v techenie sleduyushih pyati let.

  Rezul'taty issledovanii opublikovany v Astrophysical Journal Letters: V.729, p.17, 2011 i V.718, pp. L87-L91, 2010.

• Re: Pervye pryamye izobrazheniya protoplanetnyh diskov.   (S. G. Grishin, 3.03.2011 20:35, 169 Bait) 1. Mozhet li obrazovat'sya planetnaya sistema, imeyushaya v centre ne zvezdu, a planetu?
  2. Mozhet li obrazovat'sya planetnaya sistema na osnove "pustogo" vihrya?
  
• Re: Pervye pryamye izobrazheniya protoplanetnyh diskov.   (S. I. Gordeev, 5.03.2011 13:16, 1.1 KBait)

  Uvazhaemyi S.G. Grishin!

  Vihr' - material'nyi ob'ekt iz tak nazyvaemoi temnoi materii. K primeru - solnechnyi vihr' sostoit iz Solnca so stokom temnoi materii iz chernoi dyry Solnca. Material'nye ob'ekty padaya v chernuyu dyru Solnca uskoryayutsya do okolosvetovoi skorosti i annigiliruyut vydelyaya energiyu pokoya po Einshteinu i temnuyu materiyu. Potok temnoi materii ne mozhet udalit'sya na rasstoyanie bolee skorosti ugona( dlya Zemli eto okolo 11,2 km./s) . Dlya solnechnoi sistemy eto sozvezdie Oriona. V nem temnaya materiya zamedlyayas' obrazuet vihrevye struktury - material'nye ob'ekty, kotorye dvigayas' po ogibayushei vihrya prohodyat zvezdnyi cikl vygoraniya voroda ,azota, ugleroda, kisloroda ,kremniya i padayut v chernuyu dyru Solnca. Vse material'nye ob'ekty vrashayutsya v odnu storonu po chasovoi strelke , tak kak pri zamedlenii nachinayut dvigat'sya ot centra struii chernoi materii k perifkrii -toest' po chasovoi strelke, esli smotret' so storony chernoi dyry Solnca. Poetomu v vihrkvyh strukturah ne mozhet byt' ni antichastic ni antimirov. Bolee podrobno po pochte seeman40@mail.ru.

  Best regards!GSI