«Угарный» снег у далеких планет

Результаты наблюдений на телескопе ALMA: астрономы увидели снег в зарождающейся планетной системе

Астрономы впервые увидели в зарождающейся планетной системе область, где образуется снег. Сделать это удалось по результатам наблюдений на самом крупном астрофизическом проекте в истории — сети субмиллиметровых телескопов ALMA.

Изучая планеты у других звезд, наряду с пресловутой «зоной обитаемости» астрономы ищут другие признаки, которые играют важную роль в процессе образования планет и, возможно, жизни. Одной из таких черт служит «снеговая линия», радиус протопланетного диска, дальше которого легкие соединения, такие как углекислый газ, замерзают, превращаясь в снег.

Впервые увидеть эту снежную границу в протопланетном диске вокруг молодой звезды удалось международной группе астрономов под руководством Чуньхуа Ци из Гарвард-Смитсонианского центра астрофизики (США). Подобно тому как на Земле вода замерзает на широтах, где температура падает ниже нуля, двигаясь от звезды вглубь протопланетных дисков, можно обнаружить области, где кристаллизуются вода, углекислый газ (CO²), метан (CH⁴) или угарный газ (CO).

Используя результаты наблюдений обсерватории ALMA в чилийской пустыне Атакама, ученые смогли увидеть область протопланетного диска вокруг звезды TW Hydrae, в которой присутствует «снег» из угарного газа. Эта звезда возрастом всего 10 млн лет находится в 175 световых годах от нас, у нее обнаружен один протопланетный диск и одна сформировавшаяся юпитероподобная планета.

По мнению ученых, молодая звезда представляет собой модель ранней Солнечной системы, в которой 4,5 млрд лет назад рождались известные нам планеты.

«ALMA дала нам первую реальную картину снеговой линии вокруг молодой звезды, что восхитительно, так как это говорит нам о самом раннем периоде нашей собственной Солнечной системы. Теперь мы можем видеть прежде недоступные подробности замерзания внешних областей других систем, напоминающих нашу Солнечную систему, когда ей было не больше 10 млн лет», — считает Чуньхуа.

Подобные снеговые линии в протопланетных дисках молодых звезд никогда ранее не фиксировались напрямую. Это связано с тем, что граница образования снега формируется не по всей толщине протопланетного диска, а в его тонкой центральной части. Ближе к краям диска излучение звезды подогревает газы, предотвращая их замерзание.

Определить радиус протопланетного диска, на котором начинается замерзание угарного газа, радиоастрономам помог изящный трюк. Радиотелескопы сканировали диск на волне иона N²H+ — диазинилия, хрупкой конструкции, которая разрушается в присутствии газообразного CO. Поэтому присутствие соединения указывает на те области, где угарный газ находится в замерзшем состоянии.

Высокая чувствительность и пространственное разрешение телескопов ALMA позволило проследить область, в которой замерзает угарный газ, и очертить строгую границу снегообразования — 30 астрономических единиц от звезды (1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца).

«Используя эту технику, нам удалось создать фотонегатив «снега» из угарного газа в диске, окружающем TW Hydrae, — говорит Карин Оберг, участник наблюдений, результаты которых опубликованы в Science. — Это дало нам возможность увидеть линию снега точно там, где предсказывала теория — у внутренней кромки кольца диазинилия».

Области, в которых летучие вещества замерзают, превращаясь в снег и лед, играют важную роль в процессе образования планет из протопланетного диска.

Снег, налипающий на пылевые частицы, делает их липкими, мешая отскакивать друг от друга и способствуя их объединению.

Такое налипание может сильно ускорять процесс планетообразования, а так как линий снега может быть несколько, то они способны провоцировать рождение сразу нескольких планет. В Солнечной системе линия водяного снега соответствует орбите Юпитера, снега из угарного газа — орбите Нептуна. За пределами именно этой зоны могут рождаться и стабильно существовать кометы и карликовые ледяные планеты. Обнаружение линии «угарного» снега важно и тем, что он связан с образованием метанола, более сложной органической молекулы, необходимой для возникновения жизни.