Признаки атмосферы, сорванной с планеты в результате гигантского удара

Команда под руководством Массачусетского технологического института обнаружила свидетельства гигантского столкновения в соседней звездной системе HD 17255, в котором планета земного типа размером с Землю и более мелкий ударник, вероятно, столкнулись, по крайней мере, 200000 лет назад, оторвав часть атмосферы одной планеты. Кредиты: Изображение: Марк А. Гарлик

Астрономы из Массачусетского технологического института, Национального университета Ирландии в Голуэе, Кембриджского университета и других организаций обнаружили свидетельства гигантского удара, произошедшего в соседней звездной системе, всего в 95 световых годах от Земли. Возраст звезды, получившей название HD 172555, составляет около 23 миллионов лет, и ученые подозревали, что на ее пыли есть следы недавнего столкновения.

Команда под руководством Массачусетского технологического института обнаружила еще одно свидетельство гигантского удара вокруг звезды. Они определили, что столкновение, вероятно, произошло между планетой земной группы размером примерно с Землю и меньшим по размеру ударником, по крайней мере, 200000 лет назад, на скорости 10 километров в секунду, или более 22000 миль в час.

Что особенно важно, они обнаружили газ, указывающий на то, что такое высокоскоростное столкновение, вероятно, унесло часть атмосферы большей планеты — драматическое событие, которое могло бы объяснить наблюдаемые газ и пыль вокруг звезды.

«Это первый раз, когда мы обнаружили это явление — разорванную протопланетную атмосферу в результате гигантского столкновения», — говорит ведущий автор Таджана Шнайдерман, аспирантка отделения Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института. «Все заинтересованы в наблюдении гигантских ударов, потому что мы ожидаем, что они будут обычным явлением, но у нас нет доказательств этого во многих системах. Теперь у нас есть дополнительная информация об этой динамике ».

Четкий сигнал

Звезда HD 172555 была объектом интриги среди астрономов из-за необычного состава ее пыли. Наблюдения последних лет показали, что звездная пыль содержит большое количество необычных минералов в зернах, которые намного мельче, чем астрономы ожидали бы от типичного диска звездного мусора.

«Из-за этих двух факторов HD 172555 считалась очень странной системой», — говорит Шнайдерман.

Она и ее коллеги задались вопросом, что газ может рассказать об истории воздействия системы. Они обратились к данным, полученным ALMA, Большой миллиметровой антенной решеткой Атакамы в Чили, которая включает 66 радиотелескопов, расстояние между которыми можно регулировать для увеличения или уменьшения разрешения их изображений. Команда просмотрела данные из публичного архива ALMA в поисках признаков окиси углерода вокруг близлежащих звезд.

«Когда люди хотят изучить газ в дисках мусора, окись углерода, как правило, самая яркая, и поэтому ее легче всего найти», — говорит Шнайдерман. «Итак, мы снова посмотрели на данные по угарному газу для HD 172555, потому что это была интересная система».

В последствии

С помощью тщательного повторного анализа команда смогла обнаружить окись углерода вокруг звезды. Когда они измерили его количество, они обнаружили, что газ составлял 20 процентов от оксида углерода, обнаруженного в атмосфере Венеры. Они также заметили, что газ вращается в больших количествах, удивительно близко к звезде, примерно в 10 астрономических единиц, или в 10 раз больше расстояния между Землей и Солнцем.

«Присутствие окиси углерода в такой близости требует некоторого объяснения», — говорит Шнайдерман.

Это связано с тем, что окись углерода обычно уязвима для фотодиссоциации — процесса, при котором фотоны звезды распадаются и разрушают молекулу. На близком расстоянии, как правило, очень мало окиси углерода так близко к звезде. Итак, группа проверила различные сценарии, чтобы объяснить обильное и близкое расположение газа.

Они быстро исключили сценарий, в котором газ образовался из обломков недавно сформированной звезды, а также сценарий, в котором газ был образован близлежащим поясом ледяных астероидов. Они также рассмотрели сценарий, в котором газ был испущен множеством ледяных комет, проносившихся из далекого пояса астероидов, похожего на наш собственный пояс Койпера. Но данные тоже не совсем подходили для этого сценария. Последний сценарий, который рассматривала команда, заключался в том, что газ был остатком гигантского удара.

«Из всех сценариев это единственный, который может объяснить все особенности данных», — говорит Шнайдерман. «В системах этого возраста мы ожидаем гигантских ударов, и мы ожидаем, что гигантские удары будут действительно довольно частым явлением. Определены временные рамки, определен возраст и решены морфологические и композиционные ограничения. Единственный вероятный процесс, который может производить окись углерода в этой системе в данном контексте, — это гигантское воздействие ».

По оценкам команды, газ был выпущен в результате гигантского удара, произошедшего не менее 200000 лет назад — достаточно недавно, чтобы звезда не успела полностью уничтожить газ. Судя по содержанию газа, удар был, вероятно, массивным, с участием двух протопланет, вероятно, сопоставимых по размеру с Землей. Удар был настолько сильным, что от него, вероятно, оторвалась часть атмосферы одной планеты в виде газа, который команда наблюдала сегодня.

«Теперь есть возможность для будущей работы за пределами этой системы», — говорит Шнайдерман. «Мы показываем, что если вы обнаружите окись углерода в месте и по морфологии, совместимым с гигантским ударом, это открывает новые возможности для поиска гигантских ударов и понимания того, как мусор ведет себя после этого».

«Что особенно интересно в этой работе, на мой взгляд, так это то, что она демонстрирует важность потери атмосферы в результате гигантских ударов», — говорит Хильке Шлихтинг, профессор наук о Земле, планетах и ​​космосе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая не принимал участия в исследовании. «Это также открывает возможность изучения состава атмосфер планет за пределами Солнца, подвергающихся гигантским ударам, что в конечном итоге может помочь пролить свет на атмосферные условия планет земной группы во время их собственной стадии гигантского столкновения».