Пыль после катастрофы: «Уэбб» изучил следы столкновений планет-зародышей у молодых звёзд

Как растут планеты

Планеты не появляются сразу. Сначала вокруг молодой звезды кружит диск из газа и пыли. Пылинки слипаются в камешки, камешки в глыбы, глыбы в зародыши планет размером с Луну или Марс. Последний этап самый бурный: зародыши сталкиваются друг с другом, иногда дробятся, иногда сливаются. По расчётам, каменные планеты вроде Земли окончательно формируются за первые несколько сотен миллионов лет жизни системы.

Сами зародыши слишком малы и тусклы, чтобы разглядеть их у далёких звёзд. «У нас нет другого способа изучать эти планетные зародыши напрямую, потому что они слишком маленькие», — объясняет соавтор работы Агнеш Кошпал из обсерватории Конкой в Будапеште. Зато после столкновения остаётся облако раскалённой пыли, и его видно в инфракрасном свете.

1 / 4

Экстремальные диски

Ещё космический телескоп «Спитцер», который сейчас уже не работает, нашёл у некоторых молодых звёзд необычные пылевые диски. Их назвали экстремальными. В них очень много тёплой пыли, причём близко к звезде, примерно там, где в Солнечной системе находятся каменные планеты. Обычные пылевые диски, например у звёзд Вега и Фомальгаут, гораздо холоднее и расположены дальше.

Модели предсказывали, что такие диски должны встречаться часто. Но на деле признаки этого этапа видны лишь примерно у 1% молодых звёзд. Это одна из загадок, которую хотелось решить.

Команда под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере (США) собрала выборку из 21 экстремального диска. Пять из них взяли из архива «Спитцера», шестнадцать наблюдали с «Уэббом»: двенадцать впервые, а четыре повторно. Учёные получили спектры в среднем инфракрасном диапазоне. По ним можно узнать, из каких минералов состоит пыль.

Стекло или зелёный песок

Оказалось, что у всех экстремальных дисков есть три общие черты. Пылинки в них мельче, чем в обычных дисках. Тёплой пыли очень много. А яркость дисков меняется неравномерно со временем.

Самое интересное обнаружилось в составе. Примерно треть дисков богата кремнезёмом. В пересчёте на земные минералы это похоже на вулканическое стекло, например обсидиан. Такая пыль, по мнению авторов, образуется при очень мощных столкновениях тел размером с Марс, когда испаряется большая часть породы. Это как раз сценарий, похожий на рождение Луны.

Остальные две трети дисков бедны кремнезёмом. Их пыль ближе к форстериту, минералу, из которого состоит зелёный песок на некоторых пляжах Гавайев. Её, вероятно, порождают менее энергичные события, например скользящие удары тел размером с Луну.

Возраст подсказывает

Диски, богатые кремнезёмом, нашлись только у звёзд моложе 300 миллионов лет. Это совпадает со временем, когда, по моделям, формируются каменные планеты. Земля и Луна, по оценкам, сложились примерно через 100 миллионов лет после рождения Солнца, то есть как раз в этом окне.

Диски, бедные кремнезёмом, встречаются у звёзд самого разного возраста, и их яркость меняется сильнее. Авторы предполагают, что это результат перестройки орбит и повторных ударов. Если так, это может напоминать гипотезу «поздней тяжёлой бомбардировки». Согласно ей, в ранней Солнечной системе планеты-гиганты сместили свои орбиты и обрушили на внутренние планеты поток обломков.

Правда, учёные честно признают, что данных для этого вывода пока мало. «В нашей выборке всего три диска, которые подходят под этот возрастной критерий, так что хорошо бы пронаблюдать больше таких систем и проверить гипотезу», — говорит соавтор Аттила Моор. Но уже сейчас у астрономов появился способ по одной лишь пыли понять, какой силы катастрофа произошла у далёкой звезды, и тем самым лучше представить, как сложилась наша собственная планета.