Протопланетный диск - Protoplanetary disk

Не путать с Протопланетная туманность.
Большая миллиметровая матрица Atacama изображение HL Tauri.[1][2]

А протопланетный диск вращающийся околозвездный диск плотного газа и пыли, окружающих молодой новообразованный звезда, а Т Тельца звезда, или же Herbig Ae / Be звезда. Протопланетный диск также можно считать аккреционный диск для самой звезды, потому что газы или другой материал могут падать с внутреннего края диска на поверхность звезды. Этот процесс не следует путать с процессом аккреции, который, как считается, состоит в создании самих планет. Протопланетные фотоиспаряющие диски с внешней подсветкой называются поддерживает.

В июле 2018 года было получено первое подтвержденное изображение такого диска, содержащего зарождающийся экзопланета, названный ПДС 70б, Сообщалось.[3][4][5]

Формирование

Доля звезд, которые показывают некоторые свидетельства наличия протопланетного диска в зависимости от возраста звезды (в миллионах лет). Образцы - близлежащие молодые скопления и ассоциации. Рисунок взят из обзора Mamajek (2009).[6]

Протостары форма из молекулярные облака состоящий в основном из молекулярный водород. Когда часть молекулярного облака достигает критического размера, масса, или плотности, он начинает разрушаться под собственной сила тяжести. Поскольку это коллапсирующее облако, называемое солнечная туманность, становится более плотным, случайные движения газа, изначально присутствующие в облаке, в среднем отклоняются в пользу направления чистого углового момента туманности. Сохранение углового момента вызывает увеличение вращения по мере уменьшения радиуса туманности. Это вращение заставляет облако расплющиваться - так же, как лепить плоскую пиццу из теста - и принимать форму диска. Это происходит потому, что центростремительное ускорение от орбитального движения сопротивляется гравитационному притяжению звезды только в радиальном направлении, но облако остается свободным, чтобы схлопнуться в вертикальном направлении. В результате образуется тонкий диск, поддерживаемый давлением газа в вертикальном направлении.[7] Первоначальный коллапс длится около 100 000 лет. По истечении этого времени звезда достигает температуры поверхности, подобной температуре поверхности звезды главной последовательности той же массы, и становится видимой.

Теперь это звезда Т Тельца. Аккреция газа на звезде продолжается еще 10 миллионов лет.[8] прежде чем диск исчезнет, ​​возможно, его унесло ветром молодой звезды. звездный ветер или, возможно, просто прекращение излучения после окончания аккреции. Возраст самого старого из обнаруженных протопланетных дисков составляет 25 миллионов лет.[9][10]

Протопланетный диск. Моделирование спирального рукава в сравнении с данными наблюдений.[11]

Протопланетные диски вокруг звезд типа Т Тельца отличаются от дисков, окружающих главные компоненты тесных двойных систем, своим размером и температурой. Протопланетные диски имеют радиус до 1000 Австралия, и только самые внутренние их части достигают температуры выше 1000 K. Их очень часто сопровождают струи.

Протопланетные диски наблюдались вокруг нескольких молодых звезд в нашей галактике. Наблюдения Космический телескоп Хаббла показали, что опоры и планетные диски формируются внутри Туманность Ориона[12][13].

Считается, что протопланетные диски представляют собой тонкие структуры с типичной вертикальной высотой, намного меньшей, чем радиус, и типичной массой, намного меньшей, чем центральная молодая звезда.[14]

В массе типичного протопланетарного диска преобладает его газ, однако наличие пылинок играет важную роль в его эволюции. Зерна пыли защищают среднюю плоскость диска от энергетического излучения из космоса, которое создает мертвую зону, в которой магнитовращательная неустойчивость (МРТ) больше не работает.[15][16]

Считается, что эти диски состоят из турбулентной оболочки плазмы, также называемой активной зоной, которая охватывает обширную область покоящегося газа, называемую мертвой зоной.[16] Мертвая зона, расположенная в средней плоскости, может замедлить поток вещества через диск, что не позволяет достичь устойчивого состояния.

Остаток сверхновой выбросить производство планетообразующий материал.

Планетная система

Протопланетный диск, окружающий молодую звезду Элиас 2–27, расположенный примерно в 450 световых годах от нас.[17]

В небулярная гипотеза Процесс формирования солнечной системы описывает, как протопланетные диски эволюционируют в планетные системы. Электростатические и гравитационные взаимодействия могут привести к срастанию частиц пыли и льда в диске. планетезимали. Этот процесс конкурирует с звездный ветер, вытесняющий газ из системы, и гравитация (нарастание ) и внутренние напряжения (вязкость ), который втягивает материал в центральную звезду Т Тельца. Планетезимали составляют строительные блоки как планет земной группы, так и планет-гигантов.[18][19]

Считается, что некоторые спутники Юпитера, Сатурна и Урана образовались из меньших околопланетных аналогов протопланетных дисков.[20][21] Формирование планет и лун в геометрически тонких дисках, богатых газом и пылью, является причиной того, что планеты расположены в плоскость эклиптики. Спустя десятки миллионов лет после образования Солнечной системы несколько внутренних а.е. Солнечной системы, вероятно, содержали десятки тел размером от Луны до Марса, которые аккрецировались и консолидировались в планеты земной группы, которые мы сейчас видим. Луна Земли, вероятно, образовалась после косой протопланеты размером с Марс. затронутый Протоземля ~ 30 миллионов лет после образования Солнечной системы.

Диски для мусора

Впечатление художника от водной снежной линии вокруг звезды V883 Orionis.[22]

Бедные газом диски околозвездной пыли были обнаружены вокруг многих близлежащих звезд, возраст большинства из которых составляет ~ 10 миллионов лет (например, Beta Pictoris, 51 Змееносец ) до миллиардов лет (например, Тау Кита ). Эти системы обычно именуются "диски мусора ". Учитывая более древний возраст этих звезд и короткое время жизни пылевых частиц микрометрового размера вокруг звезд из-за Пойнтинг Робертсон перетащите, столкновения и радиационное давление (обычно от сотен до тысяч лет), считается, что эта пыль возникла в результате столкновений планетезималей (например, астероиды, кометы ). Следовательно диски мусора вокруг этих примеров (например, Вега, Альфекка, Фомальгаут и т. д.), вероятно, не являются действительно "протопланетными", но представляют собой более позднюю стадию эволюции диска, когда внесолнечные аналоги пояс астероидов и Пояс Койпера являются местом столкновений планетезималей с образованием пыли.

Отношение к абиогенезу

Основные статьи: Абиогенез и Панспермия

На основе недавних компьютерные модели исследования, то сложные органические молекулы необходимо для жизнь могли образоваться в протопланетном диске пылинки окружающий солнце до образования Земли.[23] Согласно компьютерным исследованиям, этот же процесс может происходить и в других звезды которые приобретают планеты.[23] (Также см Внеземные органические молекулы ).

Галерея

  • 20 протопланетных дисков, захваченных проектом High Angular Resolution Project (DSHARP).[24]

  • Тень создается протопланетным диском, окружающим звезду HBC 672 внутри туманности.[25]

  • Протопланетный диск КАК 209 приютившись к молодым Змееносец область звездообразования.[26]

  • Протопланетный диск HH 212.[27]

  • Наблюдая за пыльными протопланетными дисками, ученые исследуют первые шаги формирования планет.[28]

  • Концентрические кольца вокруг молодой звезды HD 141569A на расстоянии около 370 световых лет.[29]

  • Диски для мусора обнаружен в HST образы молодых звезд, HD 141943 и HD 191089 - изображения вверху; геометрия внизу.[30]

  • Протопланетный диск HH -30 дюйм Телец - диск излучает красноватый звездный самолет.

  • Отпечаток художника от протопланетного диска.

  • Предложение в Туманность Ориона.

  • Видео показывает эволюцию диска вокруг такой молодой звезды, как HL Tauri (авторская концепция).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джонатан Уэбб (06.11.2014). "Формирование планеты запечатлено на фото". BBC.
  2. ^ "Рождение планет раскрыто с удивительной детализацией на" Лучшем изображении когда-либо созданном ALMA "'". НРАО. 2014-11-06. Архивировано из оригинал на 2014-11-06.
  3. ^ Персонал (2 июля 2018 г.). «Первое подтвержденное изображение новорожденной планеты, полученное с помощью ESO VLT - Spectrum показывает облачную атмосферу». EurekAlert!. Получено 2 июля 2018.
  4. ^ Müller, a .; и другие. «Орбитальная и атмосферная характеристика планеты в промежутке переходного диска PDS 70» (PDF ). ESO. Получено 2 июля 2018.
  5. ^ Кепплер, М .; и другие. «Обнаружение компаньона планетарной массы в промежутке переходного диска вокруг PDS 70» (PDF ). ESO. Получено 2 июля 2018.
  6. ^ Mamajek, E.E .; Усуда, Томонори; Тамура, Мотохайд; Исии, Мики (2009). «Начальные условия формирования планет: время жизни изначальных дисков». Материалы конференции AIP. 1158: 3–10. arXiv:0906.5011. Bibcode:2009AIPC.1158 .... 3M. Дои:10.1063/1.3215910.
  7. ^ Прингл, Дж. Э. (1981). «Аккреционные диски в астрофизике». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 19: 137–162. Bibcode:1981ARA & A..19..137P. Дои:10.1146 / annurev.aa.19.090181.001033.
  8. ^ Mamajek, E.E .; Meyer, M.R .; Hinz, P.M .; Hoffmann, W.F .; Коэн, М., Хора, Дж. Л. (2004). «Ограничение срока службы околозвездных дисков в зоне земной планеты: исследование в среднем инфракрасном диапазоне, проведенное 30-летней ассоциацией Tucana-Horologium». В Астрофизический журнал. 612 (1): 496–510. arXiv:Astro-ph / 0405271. Bibcode:2004ApJ ... 612..496M. Дои:10.1086/422550.
  9. ^ Уайт, Р.Дж. И Хилленбранд, Л.А. (2005). "Долгоживущий аккреционный диск вокруг обедненной литием двойной звезды Т Тельца". В Астрофизический журнал. 621 (1): L65 – L68. arXiv:Astro-ph / 0501307. Bibcode:2005ApJ ... 621L..65W. Дои:10.1086/428752.
  10. ^ Каин, Фрейзер; Хартманн, Ли (3 августа 2005 г.). «Планетарный диск, который отказывается расти (интервью с Ли Хартманном об открытии)». Вселенная сегодня. Получено 1 июня 2013.
  11. ^ "Протопланетный диск: моделирование спирального рукава против данных наблюдений". Получено 30 октября 2015.
  12. ^ Ricci, L .; Робберто, М .; Содерблом, Д. Р. (2008). "ТЕЛЕСКОП HUBBLE SPACE / УЛУЧШЕННАЯ КАМЕРА ДЛЯ АТЛАС ОБЪЕКТОВ ПРОТОПЛАНЕТАРНЫХ ДИСКОВ В БОЛЬШЕЙ НЕБУЛЕ Ориона". Астрономический журнал. 136 (5): 2136–2151. Дои:10.1088/0004-6256/136/5/2136. ISSN  0004-6256.
  13. ^ O'dell, C.R .; Вонг, Кван (1996). "Картирование туманности Ориона космическим телескопом Хаббла. I. Обзор звезд и компактных объектов". Астрономический журнал. 111: 846. Дои:10.1086/117832. ISSN  0004-6256.
  14. ^ Армитаж, Филип Дж. (2011). «Динамика протопланетных дисков». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 49: 195–236. arXiv:1011.1496. Bibcode:2011ARA & A..49..195A. Дои:10.1146 / annurev-astro-081710-102521.
  15. ^ Бальбус, Стивен А .; Хоули, Джон Ф. (1991). «Мощная локальная сдвиговая неустойчивость в слабо намагниченных дисках. I - Линейный анализ. II - Нелинейная эволюция». Астрофизический журнал. 376: 214–233. Bibcode:1991ApJ ... 376..214B. Дои:10.1086/170270.
  16. ^ а б Гэмми, Чарльз (1996). «Слоистая аккреция в Т-образных дисках Тельца». Астрофизический журнал. 457: 355. Bibcode:1996ApJ ... 457..355G. Дои:10.1086/176735.
  17. ^ "Спирали с сказкой". www.eso.org. Получено 6 октября 2016.
  18. ^ Lissauer, J. J .; Hubickyj, O .; D'Angelo, G .; Боденхаймер, П. (2009). «Модели роста Юпитера с учетом тепловых и гидродинамических ограничений». Икар. 199 (2): 338–350. arXiv:0810.5186. Bibcode:2009Icar..199..338L. Дои:10.1016 / j.icarus.2008.10.004.
  19. ^ D'Angelo, G .; Weidenschilling, S.J .; Lissauer, J. J .; Боденхаймер, П. (2014). «Рост Юпитера: усиление аккреции ядра за счет объемной маломассивной оболочки». Икар. 241: 298–312. arXiv:1405.7305. Bibcode:2014Icar..241..298D. Дои:10.1016 / j.icarus.2014.06.029.
  20. ^ Canup, Робин М .; Уорд, Уильям Р. (30 декабря 2008 г.). Происхождение Европы и галилеевских спутников. Университет Аризоны Press. п. 59. arXiv:0812.4995. Bibcode:2009euro.book ... 59C. ISBN  978-0-8165-2844-8.
  21. ^ D'Angelo, G .; Подолак, М. (2015). «Захват и эволюция планетезималей в круговых дисках». Астрофизический журнал. 806 (1): 29 стр. arXiv:1504.04364. Bibcode:2015ApJ ... 806..203D. Дои:10.1088 / 0004-637X / 806/2/203.
  22. ^ "Звездная вспышка показывает линию водного снега". Получено 15 июля 2016.
  23. ^ а б Московиц, Клара (29 марта 2012 г.). «Строительные блоки жизни могли образоваться в пыли вокруг молодого солнца». Space.com. Получено 30 марта 2012.
  24. ^ «Идеальная презентация в DSHARP на ALMA». www.eso.org. Получено 28 января 2019.
  25. ^ "Хаббл показывает космическую тень летучей мыши в хвосте змеи". www.spacetelescope.org. Получено 5 ноября 2018.
  26. ^ «Молодая планета создает сцену». www.eso.org. Получено 26 февраля 2018.
  27. ^ "Кормление бэби-звезды пыльным гамбургером". www.eso.org. Получено 15 мая 2017.
  28. ^ «Весенняя уборка в детской звездной системе». www.eso.org. Получено 3 апреля 2017.
  29. ^ «Бульвар разорванных колец». Получено 21 июн 2016.
  30. ^ Harrington, J.D .; Вильярд, Рэй (24 апреля 2014 г.). «РЕЛИЗ 14-114« Астрономическая криминалистика »обнаруживает планетные диски в архиве Хаббла НАСА». НАСА. В архиве из оригинала от 25.04.2014. Получено 2014-04-25.

дальнейшее чтение