Пожалуй, каждый объект во Вселенной заслуживает внимание, начиная от крошечного атома и заканчивая величественной галактикой, ведь из всех них и строятся её удивительное многообразие и великолепие. Некоторые из объектов кажутся совсем непримечательными, но, тем не менее, их изучение может помочь найти ответ на загадки космоса, и одни из таких вселенских «обитателей» – планетезимали.

Внешне планетезимали ничего особенного из себя не представляют: неправильной формы небольшие объекты, состоящие из льда и камня, усеянные, как и большинство космических объектов, не имеющих атмосферы, многочисленными кратерами. Что же это такое?

Планетезима́ль – небесное тело на орбите вокруг молодой, только формирующейся звезды, в которой вот-вот начнутся реакции термоядерного синтеза.

Планетезималь – это гипотетическое космическое тело. Доподлинно точно, глядя на какой-либо конкретный объект, мы не можем сказать, что он является планетезималью. Гипотеза планетезималей, в которой планетезималь является как бы лишь зародышем планеты, была предложена советским астрономом В. Сафроновым и в настоящее время поддерживается большинством учёных мира.

Теория планетезималей – это теория о том, как образуются планеты в различных планетарных системах. Рассмотрим её на примере нашей Солнечной системы.

Около 4,5 миллиардов лет назад наш дом во Вселенной начал формироваться из гигантского межзвёздного газопылевого облака. Гравитация постепенно сжимала его, плотность и температура увеличивались, и оно, таким образом, стало протопланетным диском. Вещество в облаке притягивалось, сталкивалось, образуя собой сгустки, которые становились всё больше, пока не образовывались в планетезимали. Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело. Отдельные слагающие его фрагменты, взаимно притягиваясь, начинают уплотняться, а с увеличением плотности вещества увеличивается температура в центре объекта. Возросшая температура плавит его, и так формируется новая, полноценная планета.

А дальше уже судьба таких зародышей различна: какие-то из них сталкивались с другими, дробятся на мелкие фрагменты. Силы их гравитации было недостаточно, чтобы притянуть к себе ещё материю – так и остались они, израненные бесчисленными столкновениями, бесформенными «булыжниками», до сих пор скитающимися по Солнечной системе в Поясе астероидов или в Поясе Койпера.

В протопланетном облаке плотность вещества не была однородной изначально: где-то материи было больше, где-то – меньше. Поэтому, с какой планетезималью вещества оказывалось больше, та и смогла стать полноценной планетой или спутником. А тех, кому не хватило вещества, или кто не успел его набрать, также постигла участь «недоношенных зародышей» - блуждать в Солнечной системе.

Кто-то так и замер в состоянии зародыша. Кому-то посчастливилось стать планетой, или полноценным спутником. Газовые гиганты, кстати, тоже были сформированы из планетезималей. Поскольку газовые гиганты – это шары газа с жидкими ядрами, может показаться невозможным, что похожий на астероид объект образовал их. Планетезимали сформировали ядро этих газообразных планет, которое потом превратилось в расправленное, когда было создано достаточно тепла. Некоторые из планетезималей и вовсе стали кометами.

Каков размер планетезималей? Он может варьироваться от нескольких сотен метров до сотни километров.

Но есть ли свидетельства существования планетезималей? Да! Яркий пример – астероид Лютеция в Поясе астероидов. Его диаметр от 75 до 95 км. Этот астероид во многом интересен наличием огромного кратера диаметром в 61 км. Наличие на астероиде кратера такого размера свидетельствует о том, что его следует рассматривать как планетезималь, которая так и не превратилась в более крупное небесное тело, но смогла дожить до завершения активных процессов формирования планет в ранней Солнечной системе. Об этом свидетельствуют размеры кратера, который образовался в момент столкновения Лютеции с другим астероидом диаметром 8 км. Подобные столкновения между астероидами, происходят крайне редко – один раз в 9 миллиардов лет. Таким образом, Лютеция могла столкнуться с этим телом только во время формирования Солнечной системы, когда подобные космические «ДТП» были обычным явлением.

Помимо этого, Лютеция характеризуется малой пористостью, поэтому столкновение не могло полностью разрушить астероид, так что Лютеция, скорее всего, представляет собой целое тело, а не груду «склеенного» щебня, как многие другие мелкие астероиды. Лютеция – «крепкий орешек», которому не суждено было стать планетой.

Подобных Лютеции объектов немало в Солнечной системе: это и другие астероиды, и далёкие обитатели Пояса Койпера, и спутники газовых гигантов. Даже спутники Марса Фобос и Деймос тоже считаются планетезималями, которые Красная планета когда-то притянула к себе, чтобы не остаться совсем одинокой.

Mнoгиe cчитaют, чтo eщe З.8 млpд. лeт нaзaд пoдoбныe oбъeкты вытoлкнулo к пoяcу Koйпepa и Oблaку Oopтa. Фoбoc и Дeймoc cчитaютcя плaнeтeзимaлями, пpитянутыми мapcиaнcкoй гpaвитaциeй. To жe caмoe кacaeтcя cпутникoв Юпитepa. B peaльнocти  цeнныe oбъeкты для изучeния, пoтoму чтo мoгут пoвeдaть o пpoцecce coздaния Coлнeчнoй cиcтeмы. Иx внeшнocть былa измeнeнa звeзднoй paдиaциeй, кoтopaя cпocoбнa мeнять xимию зa миллиapды лeт. Ho внутpи ocтaлcя нeтpoнутый cocтaв.

Астрономы нашли объяснение процессу превращения комков космической пыли в планетезимали в аккреционном диске звезды. По их мнению, важную роль в нем играют так называемые пылевые ловушки и аэродинамическое сопротивление.

Известно, что источником происхождения планетных систем, подобных Солнечной системе, является газопылевой диск вокруг звезды. Частицы пыли в протопланетном диске хаотически двигаются вместе с потоками газа, сталкиваются и слипаются друг с другом. Со временем эти небольшие комки космической пыли, размером всего в несколько сантиметров, увеличиваются, образуя более крупные тела – планетезимали. Именно они служат зародышами для будущих планет.

Астрофизики хорошо изучили виды процессов превращения частиц пыли в маленькие комки, а также объяснили, каким образом километровые планетезимали образуют ядра планет. Тем не менее ученым до сих пор было очень мало известно о том, как космическая пыль формирует тела, по размерам сравнимые с астероидами.

Для того, чтобы комки пыли могли стать планетезималями, им необходимо преодолеть два препятствия. Во-первых, из-за баланса давления, гравитации и центробежной силы скорость вращения газа вокруг звезды меньше, чем скорость свободных тел на таком же расстоянии. Как следствие, частицы размером более нескольких миллиметров опережают газ, а встречный поток их затормаживает их и вынуждает по спирали опускаться к звезде. Чем крупнее становятся пылинки, тем быстрее они "падают" туда, где они испарятся и разрушатся.

Во-вторых, подросшие частицы при столкновении друг с другом на высокой скорости могут опять распасться на огромное число более мелких, что повернет процесс накопления массы вспять.

Единственная область в протопланетном диске, где обе эти проблемы могут быть решены, это пылевые ловушки. Так называют области высокого давления, где дрейфовое движение замедляется, что позволяет пылинкам слипаться и разрастаться, не разрушаясь при этом при столкновениях. Раньше астрономы считали, что такие пылевые ловушки могут существовать только в очень специфичных условиях, однако авторы новой работы показали, что они должны быть распространены гораздо шире.

Исследователи провели компьютерную симуляцию того, как пылинки взаимодействуют с газом в протопланетном диске. В большинстве случаев движением частиц управляли потоки газа, однако в некоторых, наиболее "пыльных" моделях, по словам ученых, наблюдалась обратная картина, и скопление частиц меняло структуру газа в диске. Название такого эффекта – обратное аэродинамическое сопротивление. Как правило, исследователи его игнорируют при изучении роста и фрагментации комков пыли. Однако авторы работы заявляют, что в "густых" протопланетных дисках он играет важную роль.

Модель показала, что благодаря обратному аэродинамическому сопротивлению движение пылинок к материнской звезде замедляется, что дает им время подрасти. После того как они укрупняются, газ уже не управляет их движением. Со временем он начинает выталкиваться в более далекие регионы диска, формируя области высокого давления: пылевые ловушки. В них постепенно накапливаются частицы из внешних областей газопылевого диска, образуя более крупные комки, которые со временем сформируют планетезимали.

Один из авторов работы так прокомментировал открытие: "Мы были очень взволнованы, обнаружив, что при правильном наборе ингредиентов пылевые ловушки могут формироваться спонтанно в самых разных условиях. Это простое и ясное решение давней проблемы формирования планет".

Исследователи еще много лет назад предположили, что в протопланетных дисках должны существовать пылевые ловушки, однако подтвердить эту гипотезу удалось лишь в 2013 году. Тогда астрофизики впервые с помощью телескопа ALMA увидели пылевую ловушку в системе Oph-IRS 48. Кроме того, ALMA недавно помог ученым получить детальные снимки сразу нескольких протопланетных дисков вокруг молодых звезд.

Планетезимали очень ценны для ученых, потому что они могут предоставить информацию о создании нашей Солнечной Системы. Внешнюю часть планетезималей бомбардировало солнечное излучение (радиация), которое может изменять их химию в течение миллиардов лет. Хотя внутри это вещество, которое не было затронуто, с тех пор как объект впервые образовался. С помощью этого материала астрономы надеются  узнать об условиях туманности, из которых была образована наша Солнечная Система.