У недозвёзд нашлись планетные системы

Астрономы из США, Мексики и Венесуэлы нашли две звезды, которые, не успев ещё полностью сформироваться, уже обзавелись целыми семьями планет. Это самые молодые планетные системы, известные к настоящему времени.

Объекты UX Tauri A и LkCa 15 расположены примерно в 450 световых годах от Солнечной системы в направлении созвездия Тельца. Их относят к классу протозвёзд, которыми богато это созвездие и его окрестности; возраст данной области звездообразования – около миллиона лет. Протозвёзды, как и подсказывает их название, – предшественники нормальных звёзд, у которых уже есть обособленное физическое тело, однако природа пока не вдохнула в них жизнь – ядерные реакции в центре таких звёзд начнутся позднее.

Однако эти «недозвёзды» уже ярко светятся, лишь немного уступая в светимости тому объекту, который появится на их месте через несколько миллионов лет. Энергию даёт сжатие газопылевой смеси, из которой рождается звезда – она всё ещё примерно в полтора раза больше своего нормального размера. Медленно оседая к центру под действием собственной гравитации, вещество нагревается и начинает ярко светить. Кроме того, на поверхность объекта всё ещё выпадает вещество, оставшееся в том газопылевом диске, из которого сформировалась звезда.

Свет протозвезды нагревает и этот диск, и он сам начинает светиться. Правда, с удалением от звезды температура пыли (а именно она вносит наибольший вклад в излучение) падает и свечение становится всё более тусклым и красным. Говоря физическим языком, максимум в спектре излучения пыли смещается в длинноволновую область: если максимум излучения поверхности протозвезды находится в жёлтой части спектра, то максимум в спектре пыли – в красной и инфракрасной (ИК) его областях.

Поскольку температура падает с удалением от центра, на более длинных волнах светятся по большей части внешние края диска, на более коротких – внутренние, а в середине ИК-области наибольший вклад дают промежуточные слои. В итоге получается более или менее плавный спектр. Учёные под руководством Нурии Кальвет и её аспирантки Катерины Эспайльят из Мичиганского университета изучили спектры протозвёзд из созвездия Тельца, полученные инфракрасным космическим телескопом имени Лаймана Спитцера.

Спектры некоторых из этих объектов были совсем не плавными, в них имелись провалы.

Такие объекты обнаруживались и прежде, и соответствующие протозвёздные диски уже выделены в специальный класс – так называемые переходные, или транзиционные, диски. Здесь есть излучение внешнего края диска в далёкой инфракрасной области, но отсутствует заметный вклад внутренних слоёв в ближнем ИК-диапазоне. А это значит, что диск обрывается очень далеко от звезды, на радиусе в десятки астрономических единиц – расстояний от Земли до Солнца.

Причин такого обрыва может быть две. Во-первых, яркое излучение центрального объекта может приводить просто к испарению пыли – пылинки нагреваются и разрушаются, а отдельные молекулы и атомы излучение просто «выметает» за границы системы. Вторая возможная причина более интересна: собирать на себя пыль могут крупные тела – например, планеты, обращающие вокруг рождающейся звезды.

Похоже, что в случаях с UX Tau A и LkCa 15 мы имеем дело именно со вторым вариантом. Причём не просто планетой, а целой планетной системой.

Дело в том, что внешний диск здесь обрывается на достаточно большом расстоянии от протозвезды – около 50 астрономических единиц, или 7,5 миллиарда километров. Чтобы испарить так много пыли, требуется очень мощное излучение или долгое время. При этом пыль в протозвёздном диске не прозрачна для излучения (астрономы говорят, что мы имеем дело с «оптически толстым» диском), и внутренние слои защищают от испарения более внешние. Испарение идёт изнутри – сначала пыль исчезает из внутренних слоёв, затем из внешних.

Но в спектрах UX Tau A и LkCa 15 астрономы заметили следы внутреннего диска размером в десятки миллионов километров. Единственным объяснением обрыву в диске остаются планеты, и, вероятно, немалое их число, поскольку расчищенная от пыли зона простирается от десятков миллионов до миллиардов километров. Самих планет, разумеется, пока не видно, однако «существование планет является наиболее правдоподобной теорией, способной объяснить (наблюдаемую) структуру» диска, уверена Катерина Эспайльят.

Прежде удавалось найти лишь одну планету, расчистившую небольшое кольцо в газопылевом диске, – речь идёт об объекте CoKu Tau/4, результаты исследования которого были представлены в 2004 году.

Созвездие Тельца и его окрестности вообще богаты молодыми звёздами, и у многих из них должны быть молодые планетные системы. В частности, совсем недавно астрономы объявили об обнаружении следов катастрофического столкновения двух «планетных эмбрионов», обращающихся вокруг одной из звёзд расположенного в Тельце скопления Плеяды.

Не исключено, что столкновения между планетами имели место и в случае UX Tau A.

В спектре внешних слоёв газопылевого диска этого объекта астрономы нашли следы кристаллических силикатов. Теории химического состава протозвёздных дисков сталкиваются с большими трудностями при объяснении образования этого вещества. Оно может появиться вблизи звезды, но перенос его на миллиарды километров не представляется возможным. Скорее всего, вещество образовалось на месте, но, как именно, пока никто не знает.

Одним из вариантов является столкновение двух массивных планет, подсказал авторам Скотт Кеньон из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра. Видимо, тех же самых планет, что очистили внутренние области системы от пыли.

Работа Эспайльят и её коллег опубликована в декабрьском выпуске Astrophysical Journal Letters.