Телескоп Уэбба NASA обнаружил признаки столкновений миров размером с Марс

Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» позволил астрономам впервые собрать достаточно данных, чтобы детально разобраться в природе редкого класса объектов — «экстремальных остаточных дисков» (экстремальные остаточные диски). Команда под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере (Колорадо) изучила 21 такой диск вокруг молодых звёзд: пять систем взяты из архивных наблюдений телескопа Спитцер, 16 исследованы с помощью Уэбба, из которых 12 наблюдались впервые. Результаты опубликованы 1 октября в «Астрофизическом журнале». По словам Су, это первый случай, когда набрано достаточно систем, чтобы понять этот подкласс дисков и его значение для формирования и эволюции планет.

Экстремальные остаточные диски обладают тремя общими признаками: их пылинки мельче, чем в протопланетных или обычных остаточных дисках, они содержат необычно много тёплой пыли вблизи звезды — примерно там, где в Солнечной системе находятся орбиты каменистых планет, — и их яркость нерегулярно меняется со временем. Уэбб и Спитцер выявили эти особенности через средние инфракрасные спектры. Анализ минерального состава разделил системы на две группы: богатые кремнезёмом (как вулканическое стекло обсидиан на Земле) и бедные кремнезёмом (содержащие форстерит, встречающийся в виде зелёных песчинок на некоторых пляжах Гавайев). Примерно треть дисков богата кремнезёмом — они, вероятно, возникли после крайне энергетичных столкновений тел размером с Марс, способных испарить значительные объёмы породы. Остальные две трети бедны кремнезёмом и, по-видимому, образовались в результате менее энергетичных столкновений, включая касательные удары объектов размером с Луну. Выявлена и возрастная разница: богатые кремнезёмом диски встречаются только у звёзд моложе 300 млн лет, тогда как бедные кремнезёмом — у звёзд гораздо более широкого диапазона возрастов и чаще демонстрируют сильные колебания яркости.

Полученные данные помогают реконструировать историю Солнечной системы, которая, возможно, пережила не одну фазу экстремального остаточного диска. Симуляции показывают, что каменистые планеты, включая Землю, формируются в первые сотни миллионов лет после рождения системы, — это совпадает с возрастами богатых кремнезёмом дисков и с оценкой, что Земля и Луна возникли примерно через 100 млн лет после Солнца, причём Луна, вероятно, стала результатом столкновения Земли с телом размером с Марс (Тейей). Учёные также проверяют, не проходило ли Солнце фазу бедного кремнезёмом диска: если её колебания яркости вызваны орбитальной нестабильностью, это согласуется с гипотезой поздней тяжёлой бомбардировки, когда сдвиг гигантских планет возмутил орбиты малых тел и вызвал катастрофические столкновения. Соавтор работы Аттила Моор отмечает, что среди старых экстремальных дисков не ожидается богатых кремнезёмом систем, но в выборке всего три диска подходящего возраста, поэтому нужны новые наблюдения для подтверждения гипотезы.