Залишковий диск

Залишковий диск — це диск з пилу та уламків, який обертається навколо зірки. Інколи такий диск має помітні кільця, як на зображені Фомальгаута справа. Залишкові диски були виявлені навколо зрілих та молодих зірок. Залишковий диск був виявлений принаймні навколо однієї сформованої нейтронної зорі. Молоді залишкові диски можуть відзначати собою фазу формування планетної системи, за якою слідує фаза протопланетного диска, у якій закінчують формування планети земного типу. Вони також можуть утворюватися та існувати як залишки зіткнення планетезималей, таких як астероїди чи комети.

Знімок залишкового кільця навколо Фомальгаута, виконаний телескопом Габбл. Внутрішній обрис диску міг сформуватися орбітою Фомальгаута Б (внизу справа).

На 2001 рік було виявлено більше 900 потенційних зір із залишковими дисками. Зазвичай їх виявляють за допомогою вивчення зоряних систем в інфрачервоному світлі, шукаючи надлишок радіації, порівняно з тим, що має надходити від зорі. Вважається, що цей надлишок радіації поглинається пилом з диска, а потім виділяється у формі інфрачервоного випромінювання.

Залишковий диск часто описують як масивний аналог уламків Сонячної системи. Більшість відомих дисків мають у діаметрі 10-100 астрономічних одиниць (а.о.): вони схожі на пояс Койпера у Сонячній системі, проте містять набагато більше пилу.  Деякі залишкові диски містять теплий пил, розташований у межах 10 а.о. від центральної зорі. Такий пил інколи називають екзозодіакальним пилом по аналогії з зодіакальним пилом в Сонячній системі. 

Історія дослідження

Зображення диска навколо AU Microscopii, виконане телескопами ДВТ та Габбл .

В 1984 році за допомогою телескопа на супутнику IRAS виявили залишковий диск навколо зорі Вега. Спочатку вважалось, що це протопланетний диск, проте наразі його вважають залишковим диском через відсутність газів та вік зорі.  Згодом, в диску були виявлені певні неоднорідності, які можуть свідчити про наявність планетарних утворень. Схожі залишкові диски були виявлені навколо зір Фомальгаут та Бета Митця.

У розташованій недалеко від Сонячної системи зоряній системі 55 Рака, з п'ятьма відомими планетами, теж начебто виявили залишковий диск, але ці спостереження наразі не вдалося підтвердити. Утворення в залишковому диску навколо Епсилона Ерідана дозволяють припустити, що їх формування відбулось під впливом планетного тіла на орбіті навколо зорі, що в свою чергу можна було б використати для визначення маси та орбіти такої планети.

24 квітня 2014 року NASA повідомила про виявлені залишкові диски навколо декількох молодих зір HD 141943 і HD 191089 на архівних зображеннях телескопа Габбл, що були зняті між 1999 та 2006 років, залишкові диски виявили завдяки покращенню процесу обробки зображень.

Походження

Залишкові диски на архівних зображеннях молодих зір HD 141943 і HD 191089, що виявлені завдяки кращому процесу обробки зображень з телескопа Габбл (24 квітня 2014).

Під час формування зір, схожих на Сонце, вони проходять фазу зорі типу t Тельця, під час якої вони оточені дисковидною туманністю. З цього матеріалу формуються планетезималі, з яких на стадії акреції можуть утворитись планети. Туманність обертається навколо зорі до головної послідовності від 1 до 20 млн років, поки не щезне через радіаційний тиск та інші процеси. Пізніше навколо зорі може зібратися пил у результаті зіткнень планетезималей. З залишків цих зіткнень утворюється диск. В певний момент життя зорі, принаймні 45 % таких зорь оточені залишковим диском, який може бути виявлений завдяки тепловому випромінюванню пила інфрачервоним телескопом. Повторні зіткнення можуть призвести до того, що залишковий диск буде оточувати зорю більшу частину її життя.

Зазвичай залишковий диск містить зерна розміром 1-100 мкм. Зіткнення призводять до зменшення розміру зерен до субмікрометрових, які потім видаляються із зоряної системи радіаційним тиском головної зорі. В ледве помітних дисках, як в Сонячній системі, ефект Пойтнінга-Робертсона може натомість призвести до спірального обертання частинок з поступовим зменшенням радіусу. Обидва процеси обмежують тривалість існування диска до 10 млн років або менше. Тому, щоб диск залишився, потрібно його постійне поповнення. Це може статися завдяки зіткненню більших тіл з подальшим каскадом зіткнень, у результаті яких утворюються відповідні маленькі зерна.

Для того, щоб у залишковому диску відбувалися зіткнення, потрібні достатні гравітаційні пертурбації тіл, які здатні створити відносно великі скорості зіткнення. Планетарна система навколо зорі може стати джерелом таких пертурбацій, також як компаньйон в подвійній зоряній системі або близький прохід іншої зорі. Наявність залишкового диска може свідчити про високу вірогідність існування екзопланети земного типу.

Відомі пояси

Пояси з пилу чи залишків інших тіл виявлені навколо багатьох зір, включно із Сонцем, а саме:

Зоря	Спектральний клас	Відстань (св.р.)	Орбіта (а.о.)	Примітки
Епсилон Еридана	K2V	10.5	35–75
Тау Кита	G8V	11.9	35–50
Вега	A0V	25	86–200
Фомальгаут	A3V	25	133–158
AU Microscopii	M1Ve	33	50–150
HD 181327	F5.5V	51.8	89-110
HD 69830	K0V	41	<1
HD 207129	G0V	52	148–178
HD 139664	F5IV–V	57	60–109
Eta Corvi	F2V	59	100–150
HD 53143	K1V	60	?
Бета Митця	A6V	63	25–550
Зета Лепоріс	A2Vann	70	2–8
HD 92945	K1V	72	45–175
HD 107146	G2V	88	130
Gamma Ophiuchi	A0V	95	520
HR 8799	A5V	129	75
51 Ophiuchi	B9	131	0.5–1200
HD 12039	G3–5V	137	5
HD 98800	K5e (?)	150	1
HD 15115	F2V	150	315–550
HR 4796 A	A0V	220	200
HD 141569	B9.5e	320	400
HD 113766 A	F4V	430	0.35–5.8
HD 141943
HD 191089

Відстань орбіти пояса — це середня відстань або діапазон, розраховані за даними прямих спостережень або температури пояса. Середня відстань Землі від Сонця — 1 а.о. 

Див. також

• Акреційний диск
• Пояс астероїдів
• Протопланетний диск

Посилання

1. Wang, Z.; Chakrabarty, D.; Kaplan, D. L. (2006). A debris disk around an isolated young neutron star. Nature 440 (7085): 772–775. Bibcode:2006Natur.440..772W. PMID 16598251. arXiv:astro-ph/0604076. doi:10.1038/nature04669. 
2. . NASA. 14 грудня 2005. Архів оригіналу за 8 вересня 2006. Процитовано 3 січня 2007. 
3. . NASA. 10 січня 2005. Архів оригіналу за 8 вересня 2006. Процитовано 3 січня 2007. 
4. . Royal Observatory Edinburgh. Архів оригіналу за 10 серпня 2008. Процитовано 3 січня 2007. 
5. . Архів оригіналу за 16 жовтня 2015. Процитовано 8 жовтня 2015. 
6. (пресреліз). Joint Astronomy Centre. 21 квітня 1998. Архів оригіналу за 16 грудня 2008. Процитовано 24 квітня 2006.  . Архів оригіналу за 16 грудня 2008. Процитовано 30 грудня 2018. 
7. . ScienceDaily. 3 жовтня 1998. Архів оригіналу за 1 грудня 2017. Процитовано 24 травня 2006. 
8. Schneider, G.; Becklin, E. E.; Smith, B. A.; Weinberger, A. J.; Silverstone, M.; Hines, D. C. (2001). NICMOS Coronagraphic Observations of 55 Cancri. The Astronomical Journal 121 (1): 525–537. Bibcode:2001AJ....121..525S. arXiv:astro-ph/0010175. doi:10.1086/318050. 
9. Greaves, J. S.; Holland, W. S.; Wyatt, M. C.; Dent, W. R. F.; Robson, E. I.; Coulson, I. M.; Jenness, T.; Moriarty-Schieven, G. H.; Davis, G. R.; Butner, H. M.; Gear, W. K.; Dominik, C.; Walker, H. J. (2005). Structure in the Epsilon Eridani Debris Disk. The Astrophysical Journal 619 (2): L187 – L190. Bibcode:2005ApJ...619L.187G. doi:10.1086/428348. 
10. Harrington, J.D.; Villard, Ray (24 квітня 2014). RELEASE 14-114 Astronomical Forensics Uncover Planetary Disks in NASA's Hubble Archive. NASA. оригіналу за 25 квітня 2014. Процитовано 25 квітня 2014. 
11. Thomas, Paul J. (2006). . Advances in astrobiology and biogeophysics (вид. 2nd). Springer. с. 104. ISBN 3-540-33086-0. Архів оригіналу за 31 липня 2020. Процитовано 30 грудня 2018. 
12. Kenyon, Scott; Bromley, Benjamin (2007). Stellar Flybys & Planetary Debris Disks. Smithsonian Astrophysical Observatory. Архів оригіналу за 9 квітня 2012. Процитовано 23 липня 2007. 
13. Raymond, Sean N.; Armitage, P. J. та ін. (2011). Debris disks as signposts of terrestrial planet formation. Astronomy & Astrophysics 530: A62. Bibcode:2011A&A...530A..62R. arXiv:1104.0007. doi:10.1051/0004-6361/201116456. 
14. . Centre de Données astronomiques de Strasbourg. Архів оригіналу за 21 червня 2009. Процитовано 17 липня 2007. 
15. Greaves, J. S.; Wyatt, M. C.; Holland, W. S.; Dent, W. R. F. (2004). The debris disc around tau Ceti: a massive analogue to the Kuiper Belt. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 351 (3): L54–L58. Bibcode:2004MNRAS.351L..54G. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.07957.x. 
16. Backman, D. E. (1996). Dust in beta PIC / VEGA Main Sequence Systems. Bulletin of the American Astronomical Society 28: 1056. Bibcode:1996DPS....28.0122B. 
17. Sanders, Robert (8 січня 2007). . UC Berkeley News. Архів оригіналу за 15 січня 2007. Процитовано 11 січня 2007. 
18. Lebreton, J.; Augereau, J.-C.; Thi, W.-F.; Roberge, A. та ін. (2012). An icy Kuiper belt around the young solar-type star HD 181327. Astronomy & Astrophysics 539 (1): A17. Bibcode:2012A&A...539A..17L. arXiv:1112.3398. doi:10.1051/0004-6361/201117714. 
19. Lisse, C. M.; Beichman, C. A.; Bryden, G.; Wyatt, M. C. (1999). On the Nature of the Dust in the Debris Disk around HD 69830. The Astrophysical Journal 658 (1): 584–592. Bibcode:2007ApJ...658..584L. arXiv:astro-ph/0611452. doi:10.1086/511001. 
20. Krist, John E.; Stapelfeldt, Karl R. та ін. (October 2010). HST and Spitzer Observations of the HD 207129 Debris Ring. The Astronomical Journal 140 (4): 1051–1061. Bibcode:2010AJ....140.1051K. arXiv:1008.2793. doi:10.1088/0004-6256/140/4/1051. 
21. Kalas, Paul; Graham, James R.; Clampin, Mark C.; Fitzgerald, Michael P. (2006). First Scattered Light Images of Debris Disks around HD 53143 and HD 139664. The Astrophysical Journal 637 (1): L57–L60. Bibcode:2006ApJ...637L..57K. arXiv:astro-ph/0601488. doi:10.1086/500305. 
22. Wyatt, M. C.; Greaves, J. S.; Dent, W. R. F.; Coulson, I. M. (2005). Submillimeter Images of a Dusty Kuiper Belt around Corvi. The Astrophysical Journal 620 (1): 492–500. Bibcode:2005ApJ...620..492W. arXiv:astro-ph/0411061. doi:10.1086/426929. 
23. Moerchen, M. M.; Telesco, C. M.; Packham, C.; Kehoe, T. J. J. (2006). Mid-infrared resolution of a 3 AU-radius debris disk around Zeta Leporis. Astrophysical Journal Letters 655 (2): L109. Bibcode:2007ApJ...655L.109M. arXiv:astro-ph/0612550. doi:10.1086/511955. 
24. Golimowski, D. (2007). (PDF). University of California, Berkeley Astronomy Department. Архів оригіналу за 27 вересня 2011. Процитовано 17 липня 2007. 
25. Williams; Jonathan P. та ін. (2004). Detection of cool dust around the G2V star HD 107146. Astrophysical Journal 604 (1): 414–419. Bibcode:2004ApJ...604..414W. arXiv:astro-ph/0311583. doi:10.1086/381721. 
26. SU, K.Y.L. та ін. (2008). The exceptionally large debris disk around γ Ophiuchi. Astrophysical Journal 679 (2): L125–L129. Bibcode:2008ApJ...679L.125S. arXiv:0804.2924. doi:10.1086/589508. 
27. Marois, Christian; MacIntosh, B. та ін. (November 2008). Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799. Science 322 (5906): 1348–52. Bibcode:2008Sci...322.1348M. PMID 19008415. arXiv:0811.2606. doi:10.1126/science.1166585.  (Preprint at exoplanet.eu [ 2008-12-17 у Wayback Machine.])
28. Stark, C. та ін. (2009). 51 Ophiuchus: A Possible Beta Pictoris Analog Measured with the Keck Interferometer Nuller. Astrophysical Journal 703 (2): 1188–1197. Bibcode:2009ApJ...703.1188S. arXiv:0909.1821. doi:10.1088/0004-637X/703/2/1188. 
29. Hines; Dean C. та ін. (2006). The Formation and Evolution of Planetary Systems (FEPS): Discovery of an Unusual Debris System Associated with HD 12039. The Astrophysical Journal 638 (2): 1070–1079. Bibcode:2006ApJ...638.1070H. arXiv:astro-ph/0510294. doi:10.1086/498929. 
30. Furlan, Elise; Sargent; Calvet; Forrest; D'Alessio; Hartmann; Watson; Green та ін. (2 травня 2007). HD 98800: A 10-Myr-Old Transition Disk. The Astrophysical Journal 664 (2): 1176–1184. Bibcode:2007ApJ...664.1176F. arXiv:0705.0380. doi:10.1086/519301. 
31. Kalas, Paul; Fitzgerald, Michael P.; Graham, James R. (2007). Discovery of Extreme Asymmetry in the Debris Disk Surrounding HD 15115. The Astrophysical Journal 661 (1): L85–L88. Bibcode:2007ApJ...661L..85K. arXiv:0704.0645. doi:10.1086/518652. 
32. Koerner, D. W.; Ressler, M. E.; Werner, M. W.; Backman, D. E. (1998). Mid-Infrared Imaging of a Circumstellar Disk around HR 4796: Mapping the Debris of Planetary Formation. Astrophysical Journal Letters 503 (1): L83. Bibcode:1998ApJ...503L..83K. arXiv:astro-ph/9806268. doi:10.1086/311525. 
33. Villard, Ray; Weinberger, Alycia; Smith, Brad (8 січня 1999). Hubble Views of Dust Disks and Rings Surrounding Young Stars Yield Clues. HubbleSite. Архів оригіналу за 9 квітня 2012. Процитовано 17 червня 2007. 
34. Meyer, M. R.; Backman, D. (8 січня 2002). . University of Arizona, NASA. Архів оригіналу за 7 червня 2011. Процитовано 17 липня 2007.