Моделювання показало дуже ранню появу будівельних блоків планет

Комп’ютерні розрахунки астрономів з Університету Портсмута свідчать, що умови для формування планет могли з’явитися вже через приблизно 100 мільйонів років після Великого вибуху. Це означає, що в космосі існували протопланетні диски, подібні до того, який колись оточував молоде Сонце, ще до того, як сформувалися перші галактики. Про це йдеться в матеріалі на сайті Universe Today.

Раніше вважалося, що планети з’явилися значно пізніше в історії Всесвіту, коли він вже «заспокоївся» і утворив кілька поколінь зірок, подібних до Сонця. Нове моделювання суттєво зсуває цю часову шкалу вглиб, до епохи, коли космосу було лише невелика частка від нинішнього віку близько 13,8 мільярда років.

Перші зорі як постачальники «будматеріалів»

Сценарій починається з перших зір, які називають зорями Популяції III. За сучасними уявленнями, це були надзвичайно масивні світила, значно потужніші за більшість сучасних зір. Деякі з них завершували життя вибухами особливого типу — надновими з парною нестійкістю (pair instability supernova).

Такі вибухи належать до найенергійніших подій, які дозволяє фізика. Вони можуть повністю зруйнувати зорю, не залишаючи після себе ні нейтронної зорі, ні чорної діри, і викидати в навколишній простір понад 100 сонячних мас важких елементів — вуглецю, кисню, заліза та інших.

У дослідженні під керівництвом доктора Деніела Вейлена (Daniel Whalen) команда, до якої входив аспірант Кріс Джессоп (Chris Jessop), простежила за допомогою комп’ютерних моделей, що відбувається з цією розсіяною речовиною.

Як уламки наднових перетворюються на протопланетні диски

Моделювання показало, що викинуті вибухом важкі елементи можуть дуже сильно збагачувати сусідні газові хмари. Під дією власної гравітації такі хмари стискаються і колапсують, формуючи нові зорі. Навколо цих молодих світил «скручуються» обертові диски газу й пилу — протопланетні диски, з яких згодом можуть виникати планети.

За своєю будовою такі диски в моделях виявилися подібними до відомих сучасних об’єктів, наприклад до диска навколо молодої зорі HL Tauri, який спостерігали за допомогою радіоінтерферометра ALMA. Це свідчить, що структура «кілець і прогалин», характерна для планетоутворення, могла з’явитися в космосі дуже рано.

В одній із симуляцій навколо зорі масою приблизно 70 % від маси Сонця сформувався диск, де на відстані, подібній до орбіти Землі (одна астрономічна одиниця), зосередилося кілька земних мас твердого матеріалу. Саме з таких твердих частинок — пилу й каміння — у сучасних протопланетних дисках будуються планети земного типу.

Несподівано багато води

Ще більш вражаючим результатом стала присутність води. У моделі диск містив значний запас води — за кількістю він був не дуже далекий від об’єму, доступного в протопланетному диску ранньої Сонячної системи. Вважається, що саме така вода у вигляді льоду та вологих тіл пізніше була доставлена на Землю, забезпечивши нашу планету однією з головних умов для життя.

Як підкреслює Вейлен, якщо будівельні блоки планет і навіть вода з’явилися так рано, то постає очевидне запитання: чи могли придатні для життя світи існувати набагато раніше, ніж уявлялося раніше, задовго до появи Чумацького Шляху?

Що це означає для історії Всесвіту

Відповісти на це питання наразі неможливо — моделювання описує лише потенційні умови, а не спостережувані планети. Дані не доводять існування конкретних давніх світів або тим більше життя, але змушують по-новому поглянути на найперші сторінки космічної історії.

Сьогодні протопланетні диски навколо молодих зір — звичне явище, зокрема їх багато у туманності Оріона. Нова робота припускає, що схожі структури могли виникати ще до формування повноцінних галактик. Виходить, що «інгредієнти» для планет були в наявності майже від самого початку; тепер астрономам потрібно з’ясувати, наскільки далеко простяглася ця історія і чи десь серед найперших дисків не отримала фору одна з перших планет — а можливо, й життя.