Изучение загрязненных белых карликов показывает, что звезды и планеты «растут» вместе

Команда астрономов обнаружила, что формирование планет в нашей молодой Солнечной системе началось намного раньше, чем считали ученые, причем строительные блоки планет росли одновременно с родительской звездой.

Изучение некоторых из старейших звезд во Вселенной предполагает, что строительные блоки таких планет, как Юпитер и Сатурн, начинают формироваться во время роста молодой звезды. Считалось, что планеты образуются только после того, как звезда достигает своего окончательного размера, но новые результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, предполагают, что звезды и планеты «растут» вместе.

Исследование, проведенное под руководством Кембриджского университета, меняет понимание того, как формировались планетные системы.

«У нас есть довольно хорошее представление о том, как формируются планеты, но один нерешенный вопрос, который у нас возник, заключается в том, когда они формируются. Начинается ли формирование планет рано, когда родительская звезда все еще растет, или это происходит миллионы лет спустя?» – сказала доктор Эми Бонсор, автор исследования.

Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Бонсор и ее коллеги изучили атмосферы белых карликов — древних, слабых остатков звезд, подобных нашему Солнцу.

Обычно внутренности планет находятся вне досягаемости телескопов. Но «загрязненные» белые карлики содержат такие тяжелые элементы, как магний, железо и кальций. Эти элементы, должно быть, произошли от небольших тел, таких как астероиды, которые остались после формирования планет, а затем врезались в белых карликов и сгорели в их атмосферах. С помощью спектроскопических наблюдений загрязненных белых карликов ученые могут исследовать внутренности этих разорванных на части астероидов.

Считается, что формирование планет начинается в протопланетном диске, состоящем в основном из водорода, гелия и крошечных частиц льда и пыли, вращающихся вокруг молодой звезды. Согласно современной ведущей теории о том, как формируются планеты, частицы пыли прилипают друг к другу, в конечном итоге образуя все более крупные твердые тела. Некоторые из них будут продолжать расти, превращаясь в планеты, а некоторые останутся в виде астероидов, подобных тем, которые врезались в белых карликов в текущем исследовании.

Исследователи проанализировали спектроскопические наблюдения за атмосферами 200 загрязненных белых карликов из близлежащих галактик. Согласно анализу, смесь элементов, наблюдаемая в атмосферах этих карликов, может быть объяснена только в том случае, если многие из первоначальных астероидов когда-то расплавились, что привело к погружению тяжелого железа в ядро, в то время как более легкие элементы плавали на поверхности. «Причиной плавления могут быть только очень короткоживущие радиоактивные элементы, которые существуют на самых ранних стадиях развития планетной системы, но распадаются всего за миллион лет», – сказала Бонсор. – «Другими словами, если эти астероиды были расплавлены чем-то, что существовало лишь очень короткое время на заре планетной системы, то процесс формирования планет должен начаться очень быстро».

Исследование предполагает, что картина раннего формирования, скорее всего, верна, а это означает, что у Юпитера и Сатурна было достаточно времени, чтобы вырасти до своих нынешних размеров.