Моделирование показало, как в звездных скоплениях формируются объекты планетарной массы
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, раскрывает новые аспекты происхождения свободно плавающих объектов планетарной массы (PMO, planetary-mass objects) — небесных тел, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами. Под руководством Дэн Хунпина из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук международная группа астрономов использовала передовые симуляции для изучения формирования этих загадочных объектов. Результаты исследования указывают на то, что PMO могут образовываться в результате сильных взаимодействий между околозвездными дисками в молодых звездных скоплениях.
PMO, или блуждающие объекты планетарной массы, представляют собой космические тела, свободно дрейфующие в пространстве и не связанные гравитационно с какой-либо звездой. Их масса не превышает 13 масс Юпитера, и они часто наблюдаются в молодых звездных скоплениях, таких как скопление Трапеции в Орионе (Трапеция Ориона). Хотя их существование хорошо задокументировано, их происхождение долгое время оставалось загадкой. Предыдущие теории предполагали, что PMO могут быть либо неудавшимися звездами, либо планетами, выброшенными из своих систем. Однако эти модели не объясняют большое количество PMO, их частые двойные системы и синхронизированное движение со звездами в скоплениях.
Дэн Хунпин и его коллеги предложили новую гипотезу, согласно которой PMO формируются в результате хаотических взаимодействий между околозвездными дисками в плотных звездных скоплениях. Используя гидродинамическое моделирование высокого разрешения, исследователи смоделировали столкновения двух околозвездных дисков на скоростях 2–3 км/с и расстояниях 300 – 400 астрономических единиц. В результате таких столкновений образуются приливные мосты, которые затем фрагментируются в плотные нити и компактные ядра. Эти ядра, достигая критической массы, формируют PMO с массами, примерно в десять раз превышающими массу Юпитера.
Моделирование также показало, что до 14% PMO образуются в виде двойных или тройных систем с расстоянием между компонентами 7 – 15 астрономических единиц, что объясняет высокую частоту двойных PMO в некоторых скоплениях. В плотных средах, таких как скопление Трапеции, частые столкновения дисков могут приводить к образованию сотен PMO, что согласуется с наблюдаемым избытком таких объектов.
PMO отличаются от выброшенных планет своим уникальным составом и синхронизированным движением со звездами в скоплениях. Они наследуют материал из внешних областей околозвездных дисков, что приводит к их бедному металлами составу. Многие PMO также сохраняют газово-пылевые диски диаметром до 200 астрономических единиц, что указывает на возможность формирования лун или даже планет вокруг этих объектов.
Это открытие меняет представление о космическом разнообразии, предлагая PMO как третий класс объектов, формирующихся не из облаков звездообразования или в результате процессов планетарного формирования, а в результате гравитационного хаоса столкновений дисков. В дальнейшем планируется изучить химический состав и структуру дисков PMO, а также провести дополнительные исследования в различных звездных скоплениях для подтверждения предложенной теории.