za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Дефицит наблюдаемого вещества за орбитой Нептуна



 Кроме наблюдения необычных особенностей распределения орбит известных ТНО среди теоретиков существует множество доводов о большом дефиците наблюдаемой суммарной массы за орбитой Нептуна. Поэтому я решил рассмотреть основные моменты этих доводов, которые также являются одними из основных моментов в теории существования неизвестных планет за орбитой Нептуна.


История изучения пояса Койпера началась в 1992 году, когда 2.2-метровый гавайский телескоп в ходе пробного обзора обнаружил первый небольшой койпероид. К 1994 году этот обзор, обследовав всего один квадратный градус неба на эклиптике до глубины в 24 звездных величин, обнаружил сразу 7 койпероидов. Уже из этих первых находок следовало, что в поясе Койпера существует около 35 тысяч объектов с размером больше 100 км и общей массой в 0.003 массы Земли. И по сей день большинство из этих объектов остаются неоткрытыми, так как число известных койпероидов не превышает двух тысяч. Хотя вероятно будущая публикация Мэтью Холмана по анализу снимков обзора PS1 в ближайшее время увеличит число известных ТНО в несколько раз (примерно до 10 тысяч), так как этот обзор покрывает всё небо севернее 30 градусов южной широты до 23 звездной величины.



  Источник.

 Тем не менее, несмотря на огромное количество предполагаемых койпероидов (для сравнения в основном поясе не больше двухсот астероидов с размерами больше 100 км) вскоре теоретики предположили, что наблюдаемая масса пояса Койпера в 100 раз меньше, чем теоретическая. Этот вопрос подробно рассмотрен на 7-ой странице публикации 2007 года. Вкратце по современным моделям планетобразования для формирования ТНО с размерами в 100-1000 км необходима начальная масса вещества в 10-30 масс Земли на удалении между 35 и 50 астрономических единиц от Солнца. Это в 100 раз больше, чем наблюдается сегодня. В этой публикации считают, что это вещество пошло на формирование занептуновых планет, которые затем были притянуты пролетающими звездами на более высокие орбиты. Кроме того, последние исследования показывают, что для ТНО с размерами меньше 50 км наблюдается значительный недостаток по сравнению с обычным степенным законом, построенным на основе больших койпероидов. Этот недостаток может говорить об очень сильной эрозии мелких койпероидов по причине частых столкновений, в результате чего в поясе Койпера должно сформироваться мощное пылевое кольцо, наподобие наблюдаемых у других звезд.



 Другие звезды позволяют проверить ещё один важный момент. Как известно с внешней стороны пояс Койпера резко обрывается на 48 астрономических единицах. Наиболее простое объяснение этого феномена может заключаться в том, что эта граница показывает начальный размер протопланетного диска вокруг Солнца. Поэтому интересным является вопрос, настолько типичен радиус в 48 а.е. (диаметр в 100 а.е.) для протопланетных и осколочных дисков вокруг солнцеподобных звезд?



          Источник.

      После публикации гипотезы С. Шеппарда о суперземле на круговой орбите в 200-300 а.е. появилась научная статья, рассматривающая три осколочных пылевых диска у звезд, похожих на наше Солнце: HD 107146, HD 202628, и HD 207129. Можно рассмотреть каждый случай более детально.



1)     HD 107146 является молодым (80-200 миллионов лет) желтым карликом спектрального класса G2 в 27 парсек от нас. Металличность близка к солнечной: [Fe/H]=
0.00 ± 0.05. Первоначально осколочный диск у этой звезды был обнаружен в субмиллиметром диапазоне. На 450 микрон его видимые размеры составили 300 на 210 а.е., а на более длинных волнах (850 микрон) ещё больше:



 Массу пыли в таком диске оценили в 0.1 масс Земли. Через год диск сфотографировал телескоп Хаббл в оптическом диапазоне. Эти наблюдения показали пылевое кольцо на удалении между 85 и 130 астрономических единиц от своей звезды:



  В 2007 году появились предположения, что с внутренней стороны от кольца существует планета на удалении в 45-75 астрономических единиц от звезды. В тоже время фотографические обзоры исключают наличие объектов массивнее 10 масс Юпитера рядом с кольцом. Новые наблюдения на 880 и 1300 микрон позволили с большей детализацией рассмотреть данное кольцо (его радиус оценили в 50-170 .а.е):






2)     HD 202628 старая (возраст оценивается в 2 миллиарда лет) солнцеподобная звезда спектрального класса G2 в 24 парсек от нас. Металличность по одним данным незначительно выше солнечной: [Fe/H]=0.05, по другим данным наоборот значительно ниже: [Fe/H]=-0.14.

     В 2010 году было опубликовано открытие телескопом Спитцер в спектре у этой звезды ИК-избытка на длине волны в 70 микрон. После этого данная звезда в 2011 году стала целью наблюдений на Хаббле. Эти наблюдения показали наличие у звезды огромного пылевого кольца с внутренним и внешним радиусом в 139-193 и 161-193 а.е. от звезды соответственно. Также на снимках видны отдельные детали кольца, которые продолжаются до расстояния в 254 а.е. от звезды Кроме того наблюдения показали, что данное кольцо обладает значительным эксцентриситетом (e=0.18).




   В 2014 году теоретики сделали предположение, что эксцентриситет пылевого кольца можно объяснить тем, что вблизи его внутреннего края обращается планета с массой больше одной массы Земли и эксцентриситетом орбиты соответствующим эксцентриситету кольца.

3)     HD 207129 старый (возраст оценивается в 1-7 миллиардов лет) желтый карлик спектрального типа G2 в 16 парсек от нас. Металличность значительно ниже солнечной: [Fe/H]= -0.15.

      Как и в прошлом случае, сначала телескоп Спитцер обнаружил ИК-избыток на 70 микрон. Затем по этой наводке в 2006 году телескоп Хаббл смог сфотографировать в оптическом диапазоне огромное пылевое кольцо. Средний радиус кольца составил 163 а.е. при средней ширине в 30 а.е. Массу пыли в кольце оценили в 0.07 масс Луны. На снимке это кольцо выглядит следующим образом:




  Позже диск был сфотографирован и инфракрасным телескопом Гершель. По его оценкам радиус пылевого кольца составляет 140±32 а.е.






 Основываясь на данных примерах (осколочные пылевые кольца в 3-4 раза шире, чем наш пояс Койпера), недавно теоретики предположили, что во внешних областях солнцеподобных звезд достаточно вещества для образования там суперземли. По их расчетам для формирования суперземли на 250 а.е. необходимо 100-200 миллионов лет, а для формирования суперземли на 750 а.е. достаточно 1-2 миллиардов лет. Большой эксцентриситет гипотетической девятой планеты Батыгина-Брауна можно объяснить притяжением звезд во время их близких пролетов. Также в недавнем исследовании предлагается провести детальные наблюдения с помощью ALMA, чтобы рассмотреть у данных больших осколочных колец разрывы, свидетельствующие об образовании планет.


      В тоже время авторы пропускают момент, насколько часто встречаются подобные огромные пылевые кольца у солнцеподобных звезд. В частности можно вспомнить, что у ближайшей одиночной солнцеподобной звезды – Тау Кита также был обнаружен осколочный диск. Первоначально это диск был заподозрен ещё в 80х годах, когда IRAS обнаружил у этой звезды ИК-избыток. В 2001 году впервые удалось рассмотреть его в субмиллеметровом диапозоне (850 микрон) на телескопе SCUBA. Радиус диска оценили в 55 а.е. (что очень близко к нашему поясу Койпера), а массу пыли в 1/2000 массы Земли.




  Наблюдения телескопа Гершель на 70 и 160 микрон подтвердили оценку внешнего радиуса диска (45-65 а.е.). Также они позволили оценить внутренний радиус кольца: 1-10 а.е. (возможно 2-3 а.е.):



    Тем не менее, стоит отметить, что Тау Кита обладает крайне низкой металличностью: [Fe/H]=−0.55±0.05. Это значительно ниже, чем у любой из трех выше приведенных звезд. Поэтому этим можно легко объяснить как и небольшое пылевое кольцо, как и отсутствие обнаружения массивных планет, несмотря на многолетний мониторинг лучевой скорости этой звезды. Кроме того эта звезда более позднего спектрального класса (G8,5) и меньшей массы (0,78 масс Солнца).


      В заключение остаётся добавить, что несоответсвие теоретической и наблюдаемой массы и размера нашего пояса Койпера являются менее достоверными доказательствами существования дополнительных планет, чем распределение орбит известных ТНО. В частности даже в приведенном исследовании в его начале, авторы отмечают, что наблюдаемую ассиметрию перицентров экстремально далеких ТНО теоретически можно объяснить близким пролетом звезд. Однако последние моделирования показывают, что возмущения от массивных внешних планет (к примеру, Юпитера) должны всего за 0.1-1 миллиард лет возвращать распределение перицентров седноидов к случайным значениям. Следовательно, гипотетическая девятая планета не только существовала в прошлом, но и вероятно существует до сих пор.
Tags: ТНО, девятая планета, пояс Койпера
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 5 comments