Формирование блуждающих объектов в скоплениях звёзд

Образование двойных PMO посредством сближений с околозвездным диском. Автор: Deng Hongping

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, проливает новый свет на загадочное происхождение свободно плавающих объектов планетарной массы (PMO) — небесных тел с массой между массами звезд и планет.

Под руководством доктора Дэн Хунпина из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук международная группа астрономов использовала передовые симуляции, чтобы раскрыть новый процесс формирования этих загадочных объектов. Исследование предполагает, что PMO могут формироваться напрямую посредством сильных взаимодействий между околозвездными дисками в молодых звездных скоплениях.

Тайна блуждающих объектов планетарной массы

PMO — это космические кочевники, свободно дрейфующие в космосе, не привязанные ни к одной звезде. Масса этих объектов менее чем в 13 раз больше массы Юпитера. Их часто наблюдают в молодых звездных скоплениях, таких как скопление Трапеции в Орионе. Хотя их существование хорошо документировано, их происхождение долгое время озадачивало ученых.

Предыдущие теории предполагали, что PMO могут быть неудавшимися звездами или планетами, выброшенными из своих солнечных систем. Однако эти модели не могут объяснить большое количество PMO, их частые двойные пары и их синхронизированное движение со звездами внутри скоплений.

«PMO не вписываются в существующие категории звезд или планет», — сказал доктор Дэн, соавтор исследования. «Наши симуляции показывают, что они, вероятно, формируются посредством совершенно другого процесса — связанного с хаотической динамикой молодых звездных скоплений».

Этот регион звездообразования возрастом в один миллион лет содержит тысячи новых звезд и сотни объектов планетарной массы, свободно плавающих в туманности, а не вращающихся вокруг звезд. Автор: NASA, ESA, CSA /M. McCaughrean, S. Pearson

Космическое перетягивание каната: как диски сталкиваются, создавая PMO

Используя гидродинамическое моделирование высокого разрешения, исследователи воссоздали близкие встречи двух околозвездных дисков — вращающихся колец газа и пыли, окружающих молодые звезды. Когда эти диски сталкиваются на скорости 2–3 км/с и на расстоянии 300–400 астрономических единиц (а. е.), их гравитационное взаимодействие растягивает и сжимает газ в удлиненные «приливные мосты».

Эти приливные мосты в конечном итоге разрушаются в плотные нити, которые далее фрагментируются в компактные ядра. Когда эти нити достигают критической массы, они производят PMO с массами примерно в десять раз больше, чем у Юпитера.

Моделирование также показало, что до 14% PMO образуются парами или тройками с разделением в 7–15 а.е., что объясняет высокую частоту двойных PMO в некоторых скоплениях. Частые встречи дисков в плотных средах, таких как скопление Трапеции, могут генерировать сотни PMO, что объясняет наблюдаемое переизбыток.

Почему офисы управления проектами уникальны

PMO отличаются по своему формированию. В отличие от выброшенных планет, они движутся синхронно со звездами в своих родительских скоплениях и наследуют материал из внешних областей околозвездных дисков.

Это приводит к уникальному составу, при этом PMO отражают бедные металлами окраины этих дисков, где тяжелые элементы редки. Многие PMO также сохраняют газовые диски диаметром до 200 а.е., что предполагает потенциал для лунного или даже планетарного образования вокруг этих блуждающих объектов.

«Это открытие частично меняет наш взгляд на космическое разнообразие», — сказал соавтор исследования профессор Лусио Майер из Цюрихского университета. «Пространственные планетарные объекты могут представлять собой третий класс объектов, рожденных не из сырого материала облаков звездообразования или в результате процессов формирования планет, а, скорее, из гравитационного хаоса столкновений дисков».

Группа, в которую входят исследователи из Гонконгского университета, Шанхайской астрономической обсерватории, Калифорнийского университета в Санта-Крусе и Цюрихского университета, планирует дальнейшие исследования по изучению химического состава и структуры дисков PMO.

Предстоящие исследования PMO в различных кластерах позволят закрепить теорию их формирования и популяционных свойств.

Больше информации: Zhihao Fu et al, Formation of free-floating planetary mass objects via circumstellar disk encounters, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu6058. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu6058

Источник: Chinese Academy of Sciences