Размер шрифта
Межстрочный интервал
Цвет
Вы студент и еще не зарегистрированы? Регистрация
Чем вызван интерес к ретроградным экзопланетам?
Эдуард Воробьев: На самом деле, к вопросу объяснения феномена ретроградных планет я пришел, как это часто бывает в научных исследованиях, случайно. Я давно изучаю с помощью численного гидродинамического моделирования природу газопылевых дисков вокруг молодых звезд. Согласно традиционным представлениям, звезды, подобные Солнцу, образуются в результате гравитационного сжатия плотных и холодных (минус 260 градусов Цельсия) газопылевых облаков. В процессе сжатия облако ускоряет свое вращение, подобно фигуристу, исполняющему винт, что приводит к образованию газопылевого диска вокруг зарождающейся звезды. Именно в этих так называемых протопланетных дисках в конечном счете образуются планеты.
До недавнего времени считалось, что облака эволюционируют в том окружении, где они «появились на свет». При этом влияние внешней среды в основном сводится к нагреву электромагнитным излучением, которое пронизывает практически всю космическую среду. Однако недавнее численное моделирование и наблюдения показали, что облака образуются в турбулентной среде и подобно рою пчел находятся в постоянном хаотическом движении. Перемещаясь с места на место, облака могут оказаться совсем в других условиях, не таких, в каких они образовались. Например, облако, вращающееся в одном направлении, может попасть в среду, вращающуюся в противоположном направлении.
Я задался вопросом, как хаотическое движение облаков сказывается на процессе образования газопылевых дисков и планет. Я «помещал» облака во внешнюю среду, значительно отличающуюся по скорости и направлению вращения от той, в которой облака первоначально образовались, и прослеживал дальнейшую эволюцию системы. Выяснилось, что свойства газопылевых дисков, возникающих в результате таких численных экспериментов, существенно отличаются от свойств дисков, полученных в «стандартной» модели сжатия изолированного облака.
И что необычного в поведении этих протопланетных дисков?
Наиболее необычный эффект обнаружился при размещении облака в среду, вращающуюся в направлении, противоположном его первоначальному вращению. На первых порах эволюция системы не отличается от стандартного случая изолированного облака: сжатие приводит к образованию звезды и газопылевого диска, вращающихся в одном направлении. Однако последующее падение вещества из внешней среды приводит к образованию внешнего диска, вращающегося в направлении, противоположном вращению звезды и внутреннего диска.
Возникают два противоположно вращающихся диска, разделенные областью пониженной плотности, так называемой щелью. Интересно заметить, что подобные щели наблюдаются у протопланетных дисков, но их объяснение до сих пор сводилось к другим физическим явлениям (например, присутствию планеты, как бы расчищающей пространство вокруг себя). Именно во внешнем диске могут зарождаться планеты, которые в конечном счете будут вращаться в направлении, противоположном собственному вращению звезды (см. рисунок).
В каких планетных системах наблюдается ретроградное движение?
Еще десять лет назад мало кто мог предположить существование ретроградных планет — их образование в результате коллапса изолированных облаков выглядело слишком уж экзотичным. Все изменилось в 2009 году, когда группа ученых из Великобритании обнаружила планету-гигант WASP-17b в созвездии Скорпиона на расстоянии тысячи световых лет от Земли, движущуюся по орбите в направлении, противоположном вращению родительской звезды. Из известных на данный момент более тысячи экзопланет угол между осью вращения звезды и осью орбитального движения планеты измерен для немногим более 60 объектов, десять из которых совершают ретроградное вращение. Среди этих планет можно выделить уже упомянутый WASP-17b, а также HAT-P-7b, ретроградную планету в созвездии Лебедя из класса горячих юпитеров с углом наклона в 189 градусов (практически идеальное ретроградное движение) и массой около двух масс Юпитера.
Есть ли в Солнечной системе примеры тел с ретроградным движением?
Да, есть. Наиболее известный пример — это Тритон, спутник Нептуна, вращающийся в противоположном направлении по отношению к собственному вращению Нептуна. Ретроградные орбиты у многих астероидов и комет, из них наиболее известна комета Галлея. Эти объекты, скорее всего, изначально вращались в том же направлении, что и Солнце, но приобрели ретроградное движение позже в результате близких сближений или столкновений друг с другом. В то же время все планеты Солнечной системы вращаются в том же направлении, что и Солнце, и обладают весьма малым углом наклона орбит к экваториальной плоскости Солнца.
Не сводится ли образование ретроградных планет к вопросу начальных условий?
Нет, не совсем. Начальные условия скорее определяют генетический код формирующихся облаков, то есть их массу и момент вращения, а образование ретроградных планет становится возможным благодаря хаотичному движению облаков с последующим взаимодействием с окружающей средой. Таким образом, это скорее вопрос граничных условий, где в качестве таковых выступает направление вращения окружающей среды по отношению к вращению облака и газопылевого диска.
Процесс образования планет зависит от размера и массы газопылевого диска, которые в свою очередь определяются параметрами родительского облака, такими как их масса и скорость вращения. Эти параметры облака представляют собой в некотором смысле «генетический код», заложенный в момент образования облаков из более глобальных космических структур. Другими словами, образование планет в результате сжатия облаков с «плохим» генетическим кодом маловероятно. Но можно ли перебороть плохую наследственность?
Мое численное моделирование показывает, что внешняя среда, выступающая в некотором роде «приемным родителем» облака, может перебороть его генетический код и существенно повлиять на свойства газопылевых дисков и планет, образующихся в результате сжатия облаков с последующей аккрецией вещества из внешней среды. Из-за хаотического движения облаков мы заранее не знаем в чьи «руки» они попадут, и поэтому не можем предсказать конечный результат «воспитания». Но тем более интригующим становится сам процесс!
Полная версия интервью доступна на сайте
Эдуард Воробьев - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела космических исследований НИИ физики ЮФУ, автор более 60 статей в рецензируемых журналах с числом цитирований > 1000 и индексом Хирше – 15; является руководителем проектной части госзадания Министерства образования и науки России «Процессы звездообразования в галактике "Млечный путь" и ближайшем межгалактическом пространстве. Научные интересы: динамика протозвездных и галактических дисков; образование планет и коричневых карликов; физика и химия межзвездной среды; высокоэффективное, параллельное программирование.
Публикации по теме ретроградного движения экзопланет: