Астрономы впервые увидели, как мощный удар смёл атмосферу с экзопланеты

На ранних этапах своей жизни планетные системы претерпевают массу потрясений — в буквальном смысле этого слова.

После того, как звезда-хозяйка системы завершает своё формирование, кружащийся вокруг неё диск материала, оставшегося от этого процесса, начинает "слипаться", образуя зачатки планет.

Однако сложная гравитационная среда вокруг звезды заставляет эти тела сталкиваться, пока они продолжают расти и мигрировать внутри своей системы.

В нашей солнечной системе Луна считается продуктом такого гигантского столкновения небесного объекта с Землёй.

Астрономы предполагают, что такие столкновения должны быть обычным явлением в ранних системах, но их редко удаётся наблюдать в окрестностях других звезд.

Международная команда астрономов под руководством специалистов из Массачусетского технологического института обнаружила свидетельства масштабного удара, произошедшего в соседней звездной системе, расположенной всего в 95 световых годах от Земли.

Возраст звезды, получившей название HD 172555, составляет около 23 миллионов лет, и ученые заметили, что в окружающем её веществе есть следы недавнего столкновения.

Исследователи определили, что столкновение, вероятно, произошло между планетой земной группы размером примерно с Землю и меньшим по размеру объектом по меньшей мере 200 000 лет назад на скорости 10 километров в секунду.

Что особенно важно, они обнаружили газ, указывающий на то, что это высокоскоростное столкновение, похоже, унесло часть атмосферы более крупной планеты.

Это драматическое событие могло бы объяснить наблюдаемые газ и пыль вокруг звезды. Эта находка представляет собой первое открытие такого рода.

Описание необычного открытия было опубликовано в престижном научном издании Nature.

Звезда HD 172555 привлекла внимание астрономов из-за необычного состава окружавшей её звёздной пыли. Наблюдения последних лет показали, что она содержит большое количество редких минералов, а её частицы намного мельче, чем могли ожидать астрономы от типичного диска звёздного "мусора".

В ходе тщательного повторного анализа команда учёных смогла обнаружить монооксид углерода (он же окись углерода или угарный газ) вокруг звезды.

Исследователи заметили, что газ присутствует в больших количествах на удивление близко к звезде: примерно в 10 астрономических единицах, или на расстоянии от Землей до Солнца, помноженном в десять раз.

Наличие монооксида углерода на таком небольшом расстоянии от звезды, безусловно, требовало объяснения.

Дело в том, что, как правило, так близко к звезде может находиться лишь небольшое количество окиси углерода. Этот газ подвержен фотодиссоциации: процессу, при котором фотоны звёздного света разрушают молекулу.

Поэтому исследовательская группа поставила перед собой цель объяснить столь близкое расположение газа к звезде и его необычно большую концентрацию.

Астрономы отбросили ряд возможных сценариев, включавших появление газа из отходов формирования звезды и его происхождение из ближайшего ледяного астероидного пояса.

Затем исследователи рассмотрели вероятность того, что причиной появления газа близ звезды было крупномасштабное столкновение, вероятно, двух планет.

"Из всех сценариев это единственный, который может объяснить все особенности данных, – объясняет ведущий автор работы Тайана Шнайдерман (Tajana Schneiderman) из Массачусетского технологического института. – В системах этого возраста мы ожидаем крупномасштабных ударов, и мы ожидаем, что они будут и впрямь довольно частым явлением. Всё подходит: временные рамки, возраст, морфологические и композиционные ограничения. Единственный вероятный процесс, который мог привести к появлению окиси углерода в этой системе и в данном контексте, – это гигантское столкновение".

По оценкам исследователей, газ был высвобожден в результате мощного удара, произошедшего не менее 200 000 лет назад. Это случилось достаточно недавно, поэтому звезда не успела полностью уничтожить газ.

Судя по количеству газа, это было масштабное столкновение двух протопланет, вероятно, сопоставимых по размеру с Землёй. Удар был настолько сильным, что часть атмосферы "оторвалась" от одной из планет.

Это результат даёт исследователям новые инструменты для определения времени крупномасштабных столкновений космических объектов.

Обнаружив большое количество окиси углерода вокруг звезды там, где его не должно быть, учёные могут смело предположить, что во время формирования планетной системы что-то пошло не так.

"На мой взгляд, особенно захватывающим в этой работе является то, что она демонстрирует важность потери атмосферы в результате гигантских ударов, – говорит Хильке Шлихтинг (Hilke Schlichting) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, не принимавшая участия в исследовании. – Это также открывает возможность изучения состава атмосфер планет за пределами Солнечной системы […]".