Коричневые карлики тоже могут иметь планетные системы

Используя радиотелескопы Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, астрономы неожиданно обнаружили, что внешняя область пылевого диска, окружающего коричневый карлик, содержит твёрдые зёрна миллиметрового размера. Похожие находки прежде встречались только в плотных протопланетных дисках вокруг новорождённых звёзд, а потому открытие бросает вызов теории формирования каменистых планет земного типа и заставляет предположить, что такие планеты могут быть сильнее распространены во Вселенной, чем считалось.

Молодой коричневый карлик, диск вокруг которого оказался столь необычным, называется Ро Змееносца 102; он находится в области звездообразования Ро Змееносца, в созвездии Змееносца. Хотя для коричневого карлика его масса — примерно шестьдесят юпитерианских и всего 0,06 массы Солнца — довольно велика, он всё равно слишком лёгок, чтобы в его недрах могли поддерживаться устойчивые термоядерные реакции, благодаря которым светят обычные звёзды. Однако процессы гравитационного сжатия заставляют этот объект излучать в ИК-диапазоне и даже светиться красноватым видимым светом, хотя и радикально более слабым, чем обычная звезда. Тем не менее на близких к карлику орбитах общее количество излучения, получаемого гипотетически планетами такой системы, может быть весьма высоким.

Напомним: ранее предполагалось, что как только частицы пыли начинают укрупняться до миллиметровых, дальнейший их рост с последующим образованием планетезималей является неизбежным.

Пылевой диск вокруг коричневого карлика Ро Змееносца 102 в представлении художника (здесь и ниже иллюстрации ALMA, ESO).

Каменистые землеподобные планеты образуются при случайных столкновениях и слипании микроскопических частичек вещества протопланетного диска, формирующегося вокруг звезды. Размерами эти крупинки напоминают очень мелкий песок или сажу. Астрономы считали, что вокруг коричневых карликов — звездообразных объектов, слишком маленьких, чтобы поддерживать в своих недрах устойчивую термоядерную реакцию, — внешние области пылевых дисков сильно разрежены, ведь вещества вокруг маломассивных карликов должно быть меньше, чем вокруг обычной звезды. Да и сами частицы должны двигаться излишне быстро, чтобы слипаться в ходе столкновений, — ведь гравитация сравнительно маломассивного коричневого карлика влияет на них не так сильно. Соответственно, полагали учёные, планеты вокруг таких объектов не образуются. Кроме того, согласно господствующим теориям, пылевые зёрна сразу после формирования должны устремиться в направлении центра притяжения — коричневого карлика — и исчезнуть из внешних областей пылевого диска, где их только и можно зарегистрировать. Словом, если какое-то формирование планетезималей и идёт, узнать о нём достоверно нельзя.

Собственно говоря, нынешнее открытие стало явью только благодаря техническим возможностям ALMA. Эта группа радиотелескопов беспрецедентно (для земной радиоастрономии) чувствительна к излучению с длиной волны около миллиметра, испускаемому веществом диска, который нагревается коричневым карликом. В норме частицы пыли в диске почти не излучают энергию на волнах, что больше их самих, поэтому на волнах, несколько превышающих их размеры, обычно наблюдается резкое падение яркости. Тем не менее, когда астрономы сравнили яркость диска на длинах 0,89 мм и 3,20 мм, скачок яркости был вовсе не таким резким, как ожидалось. Иными словами, по крайней мере часть пылевых частиц этого диска имеет размер около миллиметра или даже больше (см. видео).

«Для нас было полной неожиданностью обнаружить зёрна миллиметрового размера в столь тонком и небольшом [пылевом] диске, — поясняет руководивший исследованием Лука Риччи (Luca Ricci) из Калифорнийского технологического института (США). — Твёрдые частицы пыли такого размера, вообще говоря, не должны формироваться в холодных внешних областях диска, окружающего коричневый карлик, но, кажется, это всё-таки происходит. Мы не знаем, может ли там образоваться целая каменистая планета, но видим начало определённых шагов в этом направлении, а потому нам придётся изменить наши представления о тех условиях, при которых размеры твёрдых тел могут начать расти».

Окрестности и сам коричневый карлик Ро Змееносца 102, местоположение которого выделено крестиком.

Кроме того, высокое разрешение телескопа ALMA позволило заметить в окрестности коричневого карлика признаки угарного газа. И это вообще первый случай регистрации холодного молекулярного газа в диске вокруг коричневого карлика. Это, а также обнаружение пылевых зёрен миллиметрового размера свидетельствует о том, что такие диски имеют куда больше общего с дисками вокруг молодых звёзд (где тоже часто можно увидеть угарный газ).

Общая масса пылевого диска вокруг Ро Змееносца 102 определена в 0,3–1% от массы его самого, а диаметр — в 40 а. е. Все эти показатели сходны с цифрами для обычных звёзд небольшой массы.

Отчёт об исследовании вскоре появится в Astrophysical Journal Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Европейской южной обсерватории.