Протопланетный диск

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Протоплане́тный диск или проплид (англ. proplyd, protoplanetary disk) — вращающийся околозвёздный диск плотного газа вокруг молодой, недавно сформированной звезды, протозвезды, звёзды типа T Тельца или звёзды Хербига (Ae/Be), из которого впоследствии образуются планеты. Протопланетный диск также может считаться аккреционным диском, поскольку составляющий его газообразный материал со внутреннего радиуса может падать на поверхность звезды.

Протопланетный диск в Туманности Ориона.
Протопланетный диск HH-30 в созвездии Тельца, находящийся на расстоянии около 450 световых лет от Земли.
Протопланетный диск в представлении художника.

Протопланетные диски были обнаружены вокруг нескольких молодых звёзд нашей Галактики. Первым из них в 1984 году был открыт диск вокруг звезды β Живописца. Вскоре наблюдения орбитального телескопа «Хаббл» выявили формирующиеся планетные системы в Туманности Ориона. Астрономы открыли огромные диски из газопылевой материи, похожие на протопланетные, вокруг звёзд Вега, Фомальгаут и Гемма (или Альфекка, α Северной Короны).

Формирование[править | править вики-текст]

Протозвезда, как правило, формируется из облака молекулярного газа, преимущественно состоящего из молекул водорода. Распределение вещества в таких облаках не бывает равномерным — некоторые области всегда будут иметь несколько большую плотность, чем другие. Такие области начинают стягиваться друг к другу, и когда сжатая область молекулярного облака достигает критического размера, массы или плотности, начинается её гравитационный коллапс. По мере уплотнения коллапсирующего облака, случайные движения вещества, изначально присутствовавшие в этом облаке, меняют направление в соответствии с чистым угловым моментом формирующейся звезды, и в силу сохранения момента импульса, увеличивается угловая скорость всей туманности. Увеличение скорости приводит к тому, что вещество, оставшееся по периферии от образующейся звезды, из-за действующей на него центробежной силы распределяется в экваториальной плоскости — облако становится «сплющенным». Коллапс образующейся звезды занимает около 100 тыс. лет, после чего температура её поверхности достигает такого же значения как у звезды с главной последовательности аналогичной массы, и молодое светило становится видимым. Так образуется звезда типа Т Тельца. Аккреция газа на звезду продолжается около 10 миллионов лет[1], перед тем как диск исчезнет, а далее он может быть снесён солнечным ветром молодой звезды или же он может просто перестать излучать. Старейший протопланетный диск из обнаруженных имеет возраст в 25 млн лет[2].

Согласно небулярной гипотезе, из протопланетного диска образуются планеты. Сперва электрослабое, а затем и гравитационное взаимодействия приводят к формированию планетезималей из газа и частиц льда в составе протопланетного диска. Во время этого процесса солнечный ветер выталкивает планетезималь из системы, а аккреция, наоборот, втягивает её на поверхность звезды, тем самым позволяя формирующимся планетам оставаться на практически постоянной орбите.

Случаи быстрого исчезновения[править | править вики-текст]

Как предполагалось ранее, образование планет из пыли протопланетного диска, то есть его исчезновение, должно проходить в течение сотен тысяч и миллионов лет. Однако в июле 2012 года астрономы из США и Австралии сообщили об исчезновении протопланетного диска, который отчётливо наблюдался вокруг звезды TYC 8241 2652 ещё всего лишь несколько лет назад[3]. Свечение данного протопланетного диска было впервые зафиксировано в 1984 году, и с тех пор в течение около 20 лет было хорошо доступно для наблюдений. Но в 2009 году обнаружилось, что его яркость уменьшилась на 2/3, а к 2010 году диск стал почти неразличим. То есть диск исчез всего лишь приблизительно за три года, что является абсолютным рекордом, никогда не наблюдавшимся ранее.

Сначала в объяснение событию последовало предположение, что, диск, вероятно, не исчез, а лишь оказался заслонен каким-то другим объектом, однако впоследствии эта гипотеза не подтвердилась.

Другое возможное объяснение необычного явления состоит в предположении о частичном вытеснении материала диска фотоиспарительным ветром на более далёкое расстояние, однако в таком случае должна была бы повыситься его светимость в последние годы, чего не наблюдалось.

Ещё одна гипотеза предполагает, что TYC 8241 2652 не имел протопланетного диска с самого начала, а наблюдавшийся с 1984 года диск — это разогретая пыль, выброшенная в космическое пространство в ходе сценария, аналогичного с мегаимпактной моделью формирования Луны. Впоследствии эта пыль могла либо рассеяться, либо осесть на поверхности звезды. Но к данному предположению тоже возникает вопрос относительно слишком быстрого времени.

Одним из объяснений может быть то, что из диска за столь короткое время сформировались планеты, и тогда, получается, что «образование планет происходит намного быстрее и эффективнее», — как считает Карл Мэлис.

Впрочем, дальнейшие, более детальные наблюдения и исследование данных по протопланетным дискам, с целью выявить, уменьшилась ли за последние годы яркость какого-либо ещё из них, вероятно, помогут решить данную проблему.

Связь с абиогенезом[править | править вики-текст]

Согласно одному из последних исследований методом компьютерного моделирования, составляющие непосредственную основу жизни сложные органические молекулы могли образоваться из частиц пыли в протопланетном диске Солнца ещё до формирования Земли. По данным компьютерного исследования, подобные процессы могут происходить и в других планетных системах.[4]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Mamajek, E.E., Meyer, M.R., Hinz, P.M., Hoffmann, W.F., Cohen, M., & Hora, J.L. (2004). «Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid-Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana-Horologium Association». The Astrophysical Journal 612 (1): 496–510. DOI:10.1086/422550. Bibcode:2004ApJ...612..496M.
  2. White, R.J. & Hillenbrand, L.A. (2005). «A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star». The Astrophysical Journal 621 (1): L65–L68. DOI:10.1086/428752. Bibcode:2005ApJ...621L..65W.
  3. У звезды в созвездии Кентавра пропал диск — Правда. Ру
  4. Moskowitz, Clara Life's Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun. Space.com (29 March 2012). Проверено 30 марта 2012. Архивировано из первоисточника 8 августа 2012.

Литература[править | править вики-текст]

  • Williams, J. P.; Cieza, L. A. (2011). «Protoplanetary Disks and Their Evolution». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 67.
  • Armitage, P. J. (2011). «Dynamics of Protoplanetary Disks». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49: 195—236.