Откуда берется пыль вокруг белых карликов?
AstroNews.ru - 31 Октября 2020 15:40:10
Ученые, изучающие, как кометы и астероиды распадаются и испаряются, если они подходят слишком близко к своим солнцам, решили загадку, связанную с классом звезд, известным как белые карлики.
Угольки умирающих солнц, белые карлики образуются, когда звезда, у которой закончилось ядерное топливо, сначала расширяется до огромных размеров, а затем коллапсирует в плотный остаток размером с Землю.
Первоначально увеличенная звезда называется красным гигантом, и она достаточно велика, чтобы поглотить планеты вплоть до Земли и даже Марса. Затем она взрывается, оставляя белого карлика, который вначале может быть горячим - до 50 000 градусов Цельсия, пока постепенно не остынет, превратившись в безвестность.
Все идет нормально, но астрономы обнаружили, что около 4% из них сопровождаются облаками пыли.
«Возникает вопрос: если белые карлики должны были очистить весь этот мусор во время фазы красных гигантов, то почему некоторые из них, кажется, имеют близко вращающиеся пыльные диски обломков», - сказал Джордан Стеклофф из Института планетологии (США) на этой неделе на виртуальном собрании Отделения планетарных наук Американского астрономического общества.
Раньше, говорит он, предполагалось, что эти диски были сформированы из планетезималей или астероидов, которые находились достаточно далеко, чтобы пережить уничтожение в фазе красного гиганта, но затем упали внутрь, закручиваясь под действием силы тяжести белого карлика, а затем были разорваны в клочья - то, что происходит на расстоянии, часто называемое пределом Роша.
Эти осколки затем рассредоточились бы в «красивый плотный пыльный диск из обломков» под давлением света, излучаемого звездой.
Но с этой теорией была большая проблема. Можно было бы ожидать, что более молодые белые карлики будут иметь менее стабильные планетные системы, благодаря гравитационному хаосу, который сопровождал период красного гиганта, разрушающего все внутренние планеты. Другими словами, у них должно быть больше планет, падающих к звезде, чтобы быть разорванными в пыль.
Кроме того, молодые белые карлики горячее и поэтому ярче - и должны быть лучшими в создании пыльных дисков из обломков измельченных планетезималей.
Но это, говорит Стеклофф, не то, что видели астрономы. Молодые сверхгорячие белые карлики не имеют пылевых дисков. «Только когда белые карлики остывают до менее чем 27 000 градусов Кельвина, мы видим, как начинают появляться пылевые диски мусора».
Ответ, говорит он, довольно очевиден, но ранее упускался из виду: если планетезималь подойдет слишком близко к сверхгорячей звезде, она не только рассыплется в пыль, но и испарится под действием тепла - процесс, который он называет сублимацией. Результат: никакого пыльного диска.
«Это должно происходить за границей предела сублимации и внутри предела Роша», - говорит он.
Предел Роша определяется массой звезды, но предел сублимации определяется ее яркостью, которая уменьшается по мере охлаждения.
И, говорит он, оказывается, что для молодых, сверхгорячих белых карликов предел Роша находится внутри предела сублимации, то есть все, что подойдет достаточно близко к звезде, чтобы быть измельченным, также будет испарено.
Он говорит, что только когда белый карлик остывает где-то между 25 000 и 32 000 по Цельсию, процесс происходит по другому - с точной температурой, зависящей от того, из какого типа минералов состоит пыль. Эта цифра приближается к 27 000 градусов, если предположить, что пыль в этих дисках подобна материалам в астероидах нашей собственной Солнечной системы.
И это, возможно, одно из самых важных его открытий.
«Предел в 27 000 градусов предполагает, что материал, который мы находим на орбите вокруг белых карликов, вероятно, аналогичен астероидам в нашей собственной Солнечной системе», - говорит он.