Планеты в бинарных системах могут быть обитаемыми, но формируются они по-разному

Большинство звезд Млечного Пути — одиночные звезды. Но от трети до половины из них — двойные звезды. Могут ли обитаемые планеты формироваться в этих средах?

Новое исследование показывает, что обитаемые планеты могут существовать вокруг двойных звезд, но они будут формироваться иначе, чем миры вокруг отдельных звезд.

В центре этого исследования находится молодая двойная звездная система на расстоянии около 1000 световых лет. Она называется NGC 1333-IRAS2A и является маломассивной двойной звездой. Бинарная пара настолько мала, что все еще группируется. Это центр многих исследований протозвезд и звездных дисков, потому что они молоды и все еще формируются.

Удалите всю рекламу во Вселенной сегодня

Присоединяйтесь к Patreon всего за 3 доллара!

Получите опыт без рекламы на всю жизнь

Новое исследование под названием «Двойственность протозвезд влияет на эволюцию диска и планеты» опубликовано в журнале Nature. Ведущий автор — профессор Джесс К. Йоргенсен из Института Нильса Бора Копенгагенского университета. Профессор Йоргенсен является соавтором нескольких статей о NGC 1333-IRAS2A.

Исследование основано на наблюдениях NGC 1333-IRAS2A с помощью ALMA (Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array). Эти наблюдения — лишь моментальные снимки процесса, длящегося миллионы лет. Но с помощью этих наблюдений и знаний, полученных при изучении молодых протозвезд в целом, исследовательская группа создала компьютерную симуляцию двойной протозвезды, перемещающейся туда и обратно во времени.

Исследование показало, что состав планет вокруг двойных звезд отличается от состава вокруг одиночных звезд, таких как наше Солнце. Это из-за того, как молодые звезды ведут себя, когда формируются.

“Наблюдения позволяют нам приближать звезды и изучать, как пыль и газ движутся к диску. Моделирование скажет нам, какая физика играет роль, как звезды эволюционировали до того снимка, который мы наблюдаем, и их будущая эволюция”, – пояснил постдок Раджика. Л. Курувита из Института Нильса Бора, второй автор исследования.

Молодые протозвезды окружены протопланетными дисками из газа и пыли. Внутри дисков планеты образуются в основном путем аккреции. После миллионов лет хаоса и столкновений планеты объединяются и вращаются по орбитам. Это очень сложный процесс, который с интересом изучают ученые. Солнечные системы, подобные нашей, просты в одном: в них есть только одна звезда. Масса и гравитация звезды влияют на форму и поведение протопланетного диска и планет, образующихся в нем.

Но в системе с двумя протозвездами сложнее.

В одиночной звездной системе звезда набирает материал более равномерно. Различия в накоплении все же есть, но с одним огромным телом дела обстоят более предсказуемо. Но, как показывает это исследование, двойные протозвезды ведут себя совершенно по-разному по мере своего формирования. Вместо устойчивого процесса аккреции звездообразование характеризуется периодическими вспышками яркости, когда звезды вращаются вокруг своего общего центра масс и периодически поглощают большое количество материала. Прерывистые приступы сосания приводят к выбросам энергии, искажающим диск. Это имеет значение для того, какие планеты формируются в диске материала вокруг звезд.

Это изображение представляет собой скриншот МГД-моделирования двойной протозвезды.  Пара подключена к газовой перемычке (желтая), белые линии указывают на прерывистый отток материала.  Эти мощные извержения формируют и разрушают протопланетные диски.  Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др.  2022.
Это изображение представляет собой скриншот МГД-моделирования двойной протозвезды. Газовый мостик (желтый) соединяет пару, а белые линии указывают на протекающий поток материала, образующийся в результате кольца быстрого нарастания. Эти мощные извержения формируют и разрушают протопланетные диски, из которых состоят планеты. Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др. 2022.

“Падающее вещество вызовет значительный нагрев. Тепло сделает звезду намного ярче, чем обычно. Эти взрывы разорвут газово-пылевой диск на части. По мере того, как диск снова нарастает, всплески могут продолжать влиять на структуру последующего планетарного система».

Этот рисунок из исследования показывает некоторую активность в двойной протозвезде.  Звезды вращаются вокруг своего общего центра тяжести, который обозначен черной точкой.  Когда звезда поглощает большое количество вещества, она ярко светится и производит истечение.  Из-за бинарного движения протозвезд истечения не являются диполярными.  Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др.  2022.
Этот рисунок из исследования показывает некоторую активность в двойной протозвезде. Звезды вращаются вокруг своего общего центра тяжести, на что указывает черная точка. Когда звезда поглощает большое количество вещества, она ярко светится и производит истечение. Из-за бинарного движения протозвезд истечения не являются диполярными. Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др. 2022.

Эпизоды падающего материального прироста носят периодический характер. В течение десятков или сотен лет, каждую тысячу лет или около того движение вещества в звездах становится очень сильным. Во время этих колец двойные звезды сияют в десятки или сотни раз ярче своей обычной яркости, прежде чем угаснуть.

“Падающее вещество приведет к значительному нагреву. Тепло сделает звезду намного ярче, чем обычно, — говорит Куроэта. — Эти взрывы разорвут газово-пылевой диск на части. По мере того, как диск снова нарастает, всплески могут продолжать воздействовать на структура последующей планетной системы».

МГД-симуляции, полученные в ходе исследования, показывают аккреционные и взрывные потоки молодых двойных протозвезд. Авторы и права: Йоргенсен, Курувита и др. 2022.

NGC 1333-IRAS2A чем-то напоминает лабораторию для наблюдения за формированием современных систем. Планет пока нет, поэтому слишком рано делать выводы о том, какое влияние оказывает эта деятельность на формирование планет и могут ли там образовываться обитаемые планеты. Но другие объекты также могут быть частью уравнения обитаемости, и исследовательская группа намерена использовать ALMA для дальнейшего изучения системы, особенно комет.

Известно, что кометы в нашей Солнечной системе несут некоторые строительные блоки для жизни. Ученые обнаружили на комете 67P/Чурюмова-Герасименко аминокислоту глицин. Также были обнаружены соли аммиака и алифатические соединения. Эти открытия подтверждают давнюю идею о том, что кометы могут распространять материал, необходимый для жизни, по солнечным системам.

Комета 67P глазами Rosetta 7 июля 2015 г. ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0, CC BY-SA 3.0-igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? курид = 41733207
Комета 67P глазами Rosetta 7 июля 2015 г. ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0, CC BY-SA 3.0-igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? курид = 41733207

Кометы, вероятно, играют важную роль в создании возможностей для развития жизни. Кометы часто имеют высокое содержание льда с присутствием органических молекул. Профессор Йоргенсен сказал: «Можно представить, что органические молекулы сохраняются в кометах в те эпохи, когда планета бесплодна, и что воздействие последующих комет выведет молекулы на поверхность планеты».

Недавние исследования показывают, что строительные блоки могут образовываться на ледяных зернах в космосе. Но в такой системе, как NGC 1333-IRAS2A, ярко выраженные периоды нагрева могут нарушить или изменить химию в этом процессе.

“Нагрев от извержений приведет к испарению окружающей пыли и зерен льда. Это может изменить химический состав материала, из которого сделаны планеты”, – сказал Йоргенсен.

ALMA может обнаруживать некоторые из этих химических веществ, особенно в их газообразной форме. И он может видеть некоторую сложную химию. В этом исследовании авторы обнаружили несколько сложных химических веществ вокруг протозвезд.

На этом рисунке из исследования показаны некоторые молекулы, обнаруженные вокруг VLA1, одной из звезд двойной пары.  Команда обнаружила их в теплом газе в атмосфере протозвезды.  Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др.  2022.
На этом рисунке из исследования показаны некоторые молекулы, обнаруженные вокруг VLA1, одной из звезд двойной пары. Команда обнаружила их в теплом газе в атмосфере протозвезды. Изображение предоставлено: Йоргенсен, Курувита и др. 2022.

“Длина волны, охватываемая ALMA, позволяет нам видеть очень сложные органические молекулы и, следовательно, молекулы, состоящие из 9-12 атомов и содержащие углерод. Эти молекулы могут быть строительными блоками для более сложных молекул, которые являются ключом к жизни, какой мы ее знаем”, – Йоргенсен. “Например, аминокислоты, содержащиеся в кометах”.

Человечеству придется наблюдать за NGC 1333-IRAS2A в течение миллионов лет, чтобы увидеть, какие планеты она образует. Но нам не придется ждать так долго, чтобы понять некоторые химические процессы в системе и какие строительные блоки существуют. Космический телескоп Джеймса Уэбба, ALMA, готовящаяся массив квадратных километров (SKA) и Европейский очень большой телескоп (E-ELT) будут работать вместе, чтобы раскрыть неуловимую химию. Не только в этой маленькой начальной бинарной системе, но и в других.

SKA позволит напрямую контролировать крупные органические молекулы. Космический телескоп Джеймса Уэбба работает в инфракрасном диапазоне и особенно подходит для наблюдения за частицами во льду. Наконец, у нас все еще есть ALMA, который особенно подходит для наблюдения за молекулами в газовой форме. По словам Йоргенсена, объединение различных источников даст множество захватывающих результатов.

более:

Leave a Comment