Исследователи из Университета Ланкашира обнаружили, что планеты могут более эффективно возникать во внешних областях двойных звездных систем, чем на орбитах вокруг изолированных звезд. Этот вывод противоречит десятилетиям научного скептицизма по поводу репродуктивной жизнеспособности этой хаотичной среды. В исследовании использовалось компьютерное моделирование для моделирования протопланетных дисков, облаков газа и пыли, где миры рождаются вокруг пар молодых звезд.
Мэтью Тисдейл, ведущий автор исследования, объяснил, что близость двух звезд создает «запретную зону», где интенсивные гравитационные силы предотвращают любое формирование планет. Однако за пределами этого опасного региона сценарий совершенно противоположный. Димитрис Стамателлос, соавтор и профессор астрофизики британского университета, заявил, что «как только опасная зона будет преодолена, планеты смогут формироваться быстро и в больших количествах».
Как работают диски вокруг двойных звезд
Протопланетные диски в двойных системах ведут себя в каждой зоне по-разному. Вблизи двух звезд гравитационная турбулентность делает невозможным слипание материи в планетарные тела. По мере увеличения расстояния хаотические силы значительно уменьшаются. Затем диск может достичь состояния гравитационной нестабильности — явления, при котором материал становится настолько плотным, что фрагментируется под собственным весом. Этот механизм запускает ускоренное образование множества планет, особенно газовых гигантов, подобных Юпитеру. «Вблизи двойной звезды просто слишком бурно формируются планеты», — резюмировал Тисдейл. «Но по мере того, как мы удаляемся дальше, диск становится идеальной средой для формирования планет».
Судьба миров, созданных в этих регионах
Не все планеты, возникшие в двойных системах, остаются на стабильной орбите. Гравитационная сложность этих сред может полностью выбросить некоторые миры, превратив их в блуждающие планеты, которые в одиночку дрейфуют в межзвездном пространстве. Другим, однако, удается утвердиться на орбитах пары звезд, так называемых околоземных планет. На сегодняшний день астрономы каталогизировали более 50 экзопланет, которые вращаются вокруг двух звезд одновременно. Некоторые из них занимают широкие орбиты, сохраняя значительное расстояние от своих звезд, как и предсказывает моделирование:
- Число уже обнаруженных циркумбинарных планет превышает 50 экземпляров.
- Большинство из них занимают орбиты вдали от двух главных звезд.
- Некоторые из них являются газовыми гигантами, что соответствует теоретическим предсказаниям.
- Современные инструменты теперь могут обнаруживать эти системы.
- Недавние открытия подтверждают вычислительные модели последнего десятилетия.
Последствия для таких миров, как Татуин
Исследование открывает перспективы для поиска экзопланет с вымышленными характеристиками, похожими на планету Люка Скайуокера из сериала «Звездные войны». Как отметили исследователи, миры, вращающиеся вокруг двух солнц, такие как Татуин, могут быть «гораздо менее редкими, чем мы предполагали». На протяжении десятилетий научное сообщество считало бинарные системы враждебной и маловероятной средой для укрытия планет. Теперь моделирование предполагает обратное во внешних регионах. Это изменение точки зрения может объяснить частоту, с которой астрономы находят околоземные экзопланеты в недавних данных наблюдений.
Технология, способная наблюдать фрагментацию
Результат исследования открывает новые возможности для высокоточных астрономических наблюдений. Мощные инструменты, такие как ALMA (Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы), расположенная в Чили, обладают достаточной чувствительностью для обнаружения протопланетных дисков вокруг двойных звезд. Уже работающий космический телескоп Джеймса Уэбба может анализировать химический состав и структуру этих дисков. Вскоре строящийся Чрезвычайно Большой Телескоп позволит астрономам не только наблюдать за дисками, формирующими планеты, но и потенциально стать свидетелями процесса гравитационной фрагментации практически в реальном времени. Эти наблюдательные возможности представляют собой качественный скачок в понимании формирования планет в экзотических контекстах.
Исследование было опубликовано 27 апреля в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», одном из самых престижных астрономических изданий в мире. Работа включает детальное моделирование динамических процессов, происходящих в первый миллион лет жизни двойной звездной системы. Тисдейл и Стамателлос сотрудничали с другими исследователями, чтобы подтвердить результаты с помощью различных вычислительных методов и сравнений с существующими данными наблюдений. Международное астрономическое сообщество уже начало обсуждать последствия полученных результатов для будущих программ наблюдения и поиска экзопланет.