«Уэбб» нашел следы столкновений тел размером с Марс в других звездных системах

Команда под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере, штат Колорадо, исследовала 21 обломочный диск. Такие диски состоят из пыли и обломков, которые окружают звезду. Авторы выбрали необычные системы: в них много теплой пыли в области, сопоставимой с той, где в Солнечной системе обращаются каменистые планеты. Статья вышла в журнале The Astrophysical Journal.

Исследователи определили состав пыли по спектрам ее излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Они разделили диски на две группы: богатые кремнеземом — диоксидом кремния — и бедные им. На Земле примером материала с высоким содержанием кремнезема служит вулканическое стекло обсидиан. Минерал форстерит содержит меньше кремнезема; его зерна встречаются на пляжах с зеленым песком на Гавайях.

Примерно треть дисков оказалась богата кремнеземом. Авторы связывают их с мощными столкновениями тел размером с Марс, при которых значительная часть вещества превращается в пар. Остальные две трети содержат меньше кремнезема. Их состав указывает на менее мощные удары — например, скользящие столкновения объектов размером с Луну. Сами эти тела слишком малы, чтобы исследователи могли изучить их напрямую, поэтому пыль помогает восстановить картину событий.

Две группы различаются и по возрасту звезд. Диски с высоким содержанием кремнезема обнаружили только у звезд моложе 300 миллионов лет. Диски с низким содержанием встречаются у звезд разного возраста, а их яркость часто меняется сильнее. По предположению авторов, свежие обломки быстро меняют орбиты и снова сталкиваются, из-за чего меняется инфракрасное излучение системы.

Все исследованные диски объединяют три признака: большое количество теплой пыли, мелкие пылинки и нерегулярные изменения яркости. Пылинки в них меньше, чем в протопланетных дисках, где рождаются планеты, и в обычных обломочных дисках. За эти особенности астрономы выделяют такие системы в отдельную группу — экстремальные обломочные диски.

Ученые ожидали, что подобных систем будет много, но наблюдения пока показывают другую картину. Заметные признаки этой стадии есть лишь примерно у 1% молодых звезд. Для нового исследования команда объединила архивные данные «Спитцера» о пяти дисках с данными «Уэбба» о шестнадцати. Из этих шестнадцати двенадцать «Уэбб» наблюдал впервые, а четыре ранее изучал «Спитцер».

Солнечная система тоже могла пройти через подобные этапы. Согласно гипотезе гигантского удара, молодая Земля столкнулась с телом размером с Марс — Тейей. Часть выброшенного вещества затем собралась в Луну. В статье этот удар относят примерно к первым 100 миллионам лет после рождения Солнца. Такой срок согласуется с возрастом звезд, у которых нашли богатые кремнеземом диски.

Диски с низким содержанием кремнезема могут отражать другой сценарий: планеты меняют орбиты и нарушают движение небольших тел, которые начинают чаще сталкиваться. Для Солнечной системы похожий механизм предполагает гипотеза поздней тяжелой бомбардировки. По ней, планеты-гиганты переместились на новые орбиты и вызвали поток столкновений среди малых тел. Авторы подчеркивают, что эта связь пока остается предположением.

Чтобы проверить возрастные различия между двумя группами, нужны дополнительные наблюдения. В выборке всего три диска у звезд старшего возраста. Исследователи хотят выяснить, действительно ли богатые кремнеземом диски отсутствуют у таких звезд или нынешних данных пока недостаточно.

Иллюстрация NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)