«Мы по существу создали виртуальную Бету Pictoris в компьютере и наблюдали, что он развил более чем миллионы лет», сказала Эрика Несволд, астрофизик в Университете Мэриленда, округ Балтимор, кто совместно разработал моделирование. «Это – первая полная 3D модель диска обломков, где мы можем следить за развитием асимметричных особенностей, сформированных планетами, как деформации и эксцентричные кольца, и также отследить столкновения среди частиц в то же время».В 1984 Бета Pictoris стала второй звездой, которая, как известно, была окружена ярким диском пыли и обломков. Расположенный только 63 световых года далеко, Бета Pictoris – предполагаемый 21 миллион лет, или меньше чем 1 процент возраст нашей солнечной системы. Это предлагает астрономам место в первом ряду эволюции молодой планетарной системы, и это остается одним из самых близких, самых молодых и лучше всего изученных примеров сегодня.
Диск, на котором мы видим край, содержит скалу и ледяные фрагменты, располагающиеся в размере от объектов, больше, чем здания к зерну, столь же маленькому как частицы дыма. Это – младшая версия пояса Койпера в краях нашей собственной планетарной системы.Nesvold и ее коллега Марк Кукнер, астрофизик в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд, представили результаты в четверг во время «В Духе конференции по» Lyot 2015 года в Монреале, который сосредотачивается на прямом обнаружении планет и дисков вокруг отдаленных звезд. Статья, описывающая исследование, была представлена к Астрофизическому Журналу.
В 2009 астрономы подтвердили существование Беты Pictoris b, планеты с предполагаемой массой приблизительно девять раз Юпитера, в диске обломков вокруг Беты Pictoris. Путешествуя вдоль наклоненной и немного удлиненной 20-летней орбиты, планета остается почти так далеко от ее звезды, как Сатурн делает от нашего солнца.
Астрономы изо всех сил пытались объяснить различные особенности, замеченные в диске, включая деформацию, очевидную в длинах волны подмиллиметра, X-образный образец, видимый в рассеянном свете и обширных глыбах газа угарного газа. Общий компонент в кометах, молекулы угарного газа разрушены ультрафиолетовым звездным светом за несколько сотен лет.
Чтобы объяснить, почему газ собран в группу, предыдущие исследователи предположили, что глыбы могли быть доказательствами ледяных обломков, загоняемых в загон второй пока еще невидимой планетой, приводящей к необычно высокому количеству столкновений, которые производят угарный газ. Или возможно газ был последствием внеочередной катастрофы ледяных миров, столь же больших как Марс.«Наше моделирование предполагает, что многие из этих особенностей могут быть с готовностью объяснены парой сталкивающихся спиральных волн, взволнованных в диске движением и серьезностью Беты Pictoris b», сказал Кукнер. «Во многом как кто-то делающий пушечное ядро в бассейне, планета стимулировала огромные изменения в диске обломков, как только это достигло своей существующей орбиты».Слежение за тысячами фрагментирования частиц более чем миллионы лет является в вычислительном отношении трудной задачей.
Существующие модели или не были стабильны за достаточно долгое время или содержали приближения, которые могли замаскировать часть структуры, которую искали Nesvold и Kuchner.Работая с Уздой Маргарет Пэн и Ханно, оба теперь в Университете Торонто, они разработали метод, где каждая частица в моделировании представляет группу тел с рядом размеров и подобных движений. Отслеживая, как эти «суперчастицы» взаимодействуют, они видели, как столкновения среди триллионов фрагментов производят пыль и, объединенные с другими силами в диске, формируют его в виды образцов, замеченных телескопами. Техника, названная Алгоритмом Метода суперчастицы для Столкновений в поясе Койпера (ВКУС), также значительно уменьшает время, требуемое управлять таким сложным вычислением.
Используя Обнаружить суперкомпьютер, управляемый Центром НАСА Моделирования Климата в Годдаре, управляемая ВКУСОМ модель Beta Pictoris бежала в течение 11 дней и отследила эволюцию 100 000 суперчастиц по целой жизни диска.Поскольку планета проходит свой наклоненный путь, она проводит вертикально через диск дважды каждой орбитой. Его сила тяжести волнует вертикальную спиральную волну в диске. Обломки концентрируются в гребнях и корытах волн и чаще всего сталкиваются там, который объясняет X-образный образец, замеченный в пыли, и может помочь объяснить глыбы угарного газа.
Орбита планеты также немного эксцентрична, что означает, что ее расстояние от звезды изменяет немного каждой орбиты. Это движение вызывает обломки и ведет вторую спиральную волну через поверхность диска. Эта волна увеличивает столкновения во внутренних областях диска, который удаляет большие фрагменты, изнашивая их.
В реальном диске астрономы сообщают о подобном прояснении из больших обломков близко к звезде.«Один из острых вопросов о Бете, которая – Pictoris то, как планета закончилась в такой странной орбите», объяснил Несволд. «Наше моделирование предполагает, что прибыло туда приблизительно 10 миллионов лет назад, возможно после взаимодействия с другими планетами, вращающимися вокруг звезды, которую мы еще не обнаружили».Видео: https://www.youtube.com/watch? v=SSioxuHa2dg