Диски мусора вокруг звезд состоят из планетезималей и пыли. Было найдено несколько сотен звезд, которые окружают такие диски. Жизнь этой пыли чрезвычайно коротка по сравнению с жизнью самих звезд. Пыль может быть выброшена вдаль от звезды гравитационным полем газового гиганта, образовавшегося из нее. Вместе с тем, они могут поддерживать свой состав за счет столкновения и измельчения астероидов и остатков образования твердых планет. Если около звезды находится такой крупный диск, то внутри него могут существовать планеты, похожие на Землю.

«Для того, чтобы диск мусора мог существовать вокруг звезды, необходимо динамически спокойное состояние, без мощных гравитационных полей. Для образования подобных Земле планет необходимы те же условия. Поэтому логично предположить, что оба исхода эволюции протопланетного диска связаны, – говорит Шон Реймонд, сотрудник Обсерватории Бордо. – Поэтому, если мои исследования верны, диск мусора может являться указанием на то, что около звезды с высокой вероятностью можно найти твердые планеты, в том числе, похожие на Землю».

Моделирование образования планет

Для изучения этого вопроса Реймонд и его коллеги моделировали процесс образования планет и газопылевых дисков. Внутренние области дисков формируют планеты в течение 10-100 миллионов лет в ходе столкновения объектов размером с небольшие астероиды, Луну или даже Марс. Внутренние диски хороши тем, что они недостаточно массивны для образования ядер газовых гигантов. Они формируются далеко от звезды, там, где температура достаточно низка для  замерзания водорода. Это происходит в течение нескольких миллионов лет, так что газовые гиганты могут оказать влияние на образование твердых планет.

Для этого было промоделировано поведение системы из 500 планетезималей, 50 зародышей планет на расстоянии 0.5-4 а.е. от звезды при наличии трех газовых гигантов на расстоянии 5-10 а.е. и внешнего диска на 10-20 а.е. массой в 100 земных (аналог пояса Койпера). Эта система эволюционировала 100-200 миллионов лет.

«Я провел 500 расчетов, каждый из которых занял от нескольких недель до полугода», – говорит Реймонд.

В зависимости от масс, орбит и других свойств объектов, процесс протекал по-разному, но газовые гиганты разрушили большую часть планетезималей и сильно изменили орбиты планет. Крупные и массивные внешние диски оказывали при этом благотворное влияние на образование твердых планет за счет влияния их планетезималей на газовые гиганты, уменьшающего их эксцентриситет.

«Реймонд и его коллеги разработали путеводитель, который может привести нас к твердым планетам на земных расстояниях от звезд, – говорит Рори Барнс, сотрудник Вашингтонского университета. – Эти планеты очень сложно обнаружить, так что любые намеки на их местоположение очень полезны».

Наша система

Наша Солнечная система выглядит странной в свете этих работ. Они имеет твердые планеты, газовых гигантов и почти никакого мусора.

«Почему же у нас нет этой пыли? – задается вопросом Реймонд. – На самом деле, похоже, у нас был диск мусора в течение полумиллиарда лет. Его источником было столкновение ледяных планетезималей, составлявших изначальный пояс Койпера».

Пояс Койпера был практически полностью зачищен во время периода неустойчивости в Солнечной системе 3.8 миллиарда лет назад. Эта неустойчивость также привела к поздней тяжелой бомбардировке, следы которой видны на планетах и их спутниках до сих пор.

«Эта неустойчивость привела к сдвигу орбит гигантских планет, Юпитер и Сатурн немного отдалились от Солнца, а вот Уран и Нептун отлетели далеко в изначальный пояс Койпера, – описывает случившееся Реймонд. – Уран и Нептун в результате практически полностью уничтожили пояс Койпера, раскидав его объекты в основном в сторону Юпитера и Сатурна, которые уже выкинули их из Солнечной системы. Небольшая часть остатков пояса Койпера направилась во внутреннюю Солнечную систему и бомбардировала здесь планеты и их спутники. Это объясняет практически круговые орбиты Сатурна и Юпитера и отсутствие облака пыли».

Редкие пылевые диски

Пылевые диски около звезд могут оказаться хорошим местом для поиска второй Земли, но вот незадача: примерно одна из шести звезд возрастом более миллиарда лет имеет такой диск.

«Что делать со звездами, не имеющими пылевого диска?» – задается вопросов Реймонд.

Тот факт, что множество звезд не имеет диска мусора, вполне может объясняться тем, что «большое количество звезд, возможно, рождается с недостаточным количеством исходного планетарного материала для образования этого диска, – предполагает Реймонд. – Подавляющее большинство – практически все – молодых звезд имеют диск материала, но их внешние слои обычно оказываются возмущенными из-за гравитации других звезд, или же просто являются слишком бедными материалом».

Но это все еще не означает, что при таком дефиците материала не сможет образоваться твердая планета, как это произошло в Солнечной системе. «В этом случае для оценки вероятности найти твердую планету можно использоваться газовые гиганты. Если они находятся далеко от звезды на околокруговых орбитах, это располагает к существованию небольших твердых планет, если же они находятся близко к звезде и имеют высокий эксцентриситет, этот губительно для планет, подобных Земле», – говорит Реймонд.

«В конце концов, трудно сказать что-то определенное о звезде, не имеющей диска мусора, но она безусловно может иметь твердые планеты, – заключает Реймонд. – Но звезда с таким диском, согласно моим работам, имеют большую вероятность найти там похожую на Землю планету, и если около нее нет газовых гигантов на эллиптических орбитах, эа вероятность еще повышается».