Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 22.08.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Проведено компьютерное моделирование осколочного диска вокруг звезды Бета Живописца

Проведено компьютерное моделирование осколочного диска вокруг звезды Бета Живописца
shortstoryf

Новое моделирование на суперкомпьютере, которое проведено агентством НАСА, показало, что осколочный диск, который вращается вокруг известной звезды Бета Живописца (Beta Pictoris), подвержен влиянию движения экзопланеты на орбите этой звезды. Эта планета создаёт спиральные волны всюду по диску, из-за которых внутри него происходят всевозможные столкновения различных объектов, из которых этот диск составлен. И что удивительно, то, как эти столкновения выглядят, и то, как себя ведёт образовавшаяся в результате этих столкновений пыль, могут объяснить множество наблюдаемых особенностей в системе, которые раньше просто не поддавались анализу.

«По существу мы создали в компьютере практически реальную систему Бета Живописца и наблюдали то, как она эволюционировала в течение миллионов лет. Вообще, это первая в истории полная трёхмерная модель осколочного диска, в котором мы можем в реальном времени наблюдать развитие асимметричных особенностей, создаваемых планетами. К этим особенностям можно отнести деформацию диска и его кольца, наклонённые под необычным углом к плоскости эклиптики. И в то же самое время мы можем отследить сам процесс столкновения частиц пыли», — Эрика Несволд, астрофизик из Университета штата Мэриленд.

В 1984 году Бета Живописца стала второй звездой, о которой было известно, что она окружена ярким осколочным диском, состоящим из пыли и твёрдых объектов. Она расположена на расстоянии в 63 световых года от нас, а её предполагаемый возраст составляет 21 миллион лет, или менее одного процента от текущего возраста Солнечной системы. Именно из-за этого она пользуется огромной популярностью у астрономов всего мира, поскольку они практически из первых рядов могут наблюдать то, как формируется молодая планетарная система. Уже установлено, что этот диск, который мы, кстати, видим с ребра, содержит каменные и ледяные объекты, размеры которых варьируются от размеров целого здания, до частичек, размеры которых меньше частиц дыма. Исследователи называют этот осколочный диск уменьшенной (или младшей) версией нашего собственного Пояса Койпера.

В 2009 году астрономы подтвердили существование в системе экзопланеты Бета Живописца b (Beta Pictoris b), объекта с предполагаемой массой приблизительно в девять раз превышающей массу Юпитера. А расположилась эта планета как раз в осколочном диске вокруг звезды. Её орбита немного наклонена и удлинена, один оборот вокруг звезды она совершает за 20 земных лет, расположилась планета от своего светила на том же расстоянии, что и Сатурн от нашего Солнца.

За последние годы исследований астрономы изо всех сил пытались честно объяснить различные особенности, которые они заметили в диске, включая его деформацию, которую можно наблюдать в субмиллиметровых длинах, Х-образную форму, которая видна в рассеянном свете, и обширные нагромождения угарного газа. Дело в том, что моноокись углерода является распространённым элементом в кометах, его молекулы разрушаются ультрафиолетовым излучением звезды в течение нескольких сотен лет. Чтобы объяснить, почему здесь, наоборот, газ собрался в плотную область, учёные предположили о присутствии второй, ещё не обнаруженной экзопланете, из-за которой происходит необычайно большое число столкновений, в результате которых образуется угарный газ. А возможно такое количество газа образовалось в результате экстраординарной катастрофы двух ледяных миров, размерами с Марс.

«Наше моделирование предполагает, что многие из этих особенностей могут быть с лёгкостью объяснены парой сталкивающихся спиральных волн, рождённых в осколочном диске движением и гравитацией экзопланеты Бета Живописца b».

Но слежение за тысячами фрагментированных частиц в течение более миллиона лет является в вычислительном отношении трудной задачей. Поэтому существующие модели или не были устойчивы в течение долгого времени, или содержали погрешности и приближения, из-за которых скрывались важные элементы, способные пролить свет на такое поведение. Вместо этого учёные разработали метод, в котором каждая частица в модели представляет собой группу тел с определённым диапазоном масс и размеров и подобным движением. Наблюдая за тем, как эти суперчастицы взаимодействуют, они смогли увидеть, как столкновения среди триллионов фрагментов создают пыль, и, объединившись с другими силами в диске, формируют те структуры, которые видны в телескопы. Этот алгоритм получил названием «Метод суперчастиц для исследования столкновений в Поясе Койпера» (Superparticle-Method Algorithm for Collisions in Kuiper belts (SMACK)). Он способен существенно сократить время, требуемое для управления таким сложным вычислением.

Бета Живописца симуляция

Сравнение реального изображения осколочного диска вокруг звезды Бета Живописца, полученного телескопом «Хаббл» (вверху), с моделированием с помощью алгоритма SMACK (внизу, наложение на данные «Хаббла»). Источник: Top, NASA/ESA and D. Golimowski (Johns Hopkins Univ.); bottom, NASA Goddard/E. Nesvold and M. Kuchner

Теперь оставалось только найти подходящий суперкомпьютер, который, естественно, вскоре был найден. Им оказался суперкомпьютер Discover, управляемый Центром климатических симуляций НАСА. В него был загружен алгоритм SMACK с моделью звёздной системы Бета Живописца, симуляция продлилась 11 дней и отследила развитие 100000 суперчастиц в течение всего жизненного цикла осколочного диска. Поскольку экзопланета у этой звезды имеет наклонную орбиту, то она за время одного оборота совершает два вертикальных перехода по диску, в связи с этим гравитационная сила планеты создаёт вертикальные спиральные волны в диске. Материал диска начинает постепенно концентрироваться определённым образом, создавая Х-образную структуру, которую, как раз, и наблюдают учёные в реальности.

К тому же, орбита планеты Бета Живописца b имеет небольшое эксцентриситет, что означает, что её расстояние до звезды варьируется в зависимости от положения на орбите. Это движение вызывает вторую спиральную волну, проходящую по диску, которая учащает столкновение вещества в его внутренних областях. В результате этого большие глыбы сталкиваются и разрушаются, делая диск в этом месте более проницаемым для электромагнитного спектра. В реальном диске астрономы сообщают так же об отсутствии больших глыб во внутренних регионах.

«Одним из самых острых вопросов во всей этой истории является понимание того, как сама экзопланета Бета Живописца b оказалось на такой странной орбите. Наше моделирование предполагает, что она попала на такую орбиту приблизительно 10 миллионов лет назад, возможно после взаимодействия с другими планетами, вращающимися вокруг звезды, которые мы ещё не обнаружили.

По информации NASA.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google