Астрономы представили галерею «космических колыбелей»: кольца пыли раскрывают тайны рождения планет

Астрономы обнародовали впечатляющую новую галерею пылевых колец, окружающих молодые звёзды, что раскрывает сложную архитектуру формирующихся планетных систем.

Используя наблюдения Очень большого телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), учёные задокументировали 51 зарождающуюся экзопланетную систему, изучив 161 близлежащую звезду. Это предоставило беспрецедентный взгляд на околозвёздные диски — «мусорные» диски вокруг звёзд за пределами нашей Солнечной системы. Согласно заявлению ESO, эти диски образуются в результате столкновений астероидов или комет, порождающих огромное количество пыли, и напоминают нашу собственную систему, где астероиды сосредоточены во внутреннем поясе, а кометы — в далёком поясе Койпера.

«Этот набор данных — астрономическое сокровище, — заявил в пресс-релизе соавтор исследования и научный сотрудник проекта SPHERE Гаэль Шовен. — Он даёт уникальное представление о свойствах околозвёздных дисков и позволяет делать выводы о более мелких телах, таких как астероиды и кометы в этих системах, которые невозможно наблюдать напрямую».

Учёные изучают такие диски, потому что они представляют собой моментальный снимок того, как выглядят молодые планетные системы после начала формирования планет. Молодые звёзды рождаются в коллапсирующих облаках газа и пыли, которые уплощаются в обширные протопланетные диски, где материал постепенно собирается в более крупные тела. По мере взросления систем столкновения между оставшимися астероидами и кометами производят мелкую пыль, создавая те самые диски, которые мы видим сегодня. Изучая то, как эта пыль отражает звёздный свет, астрономы могут воссоздать картину роста планет и формирования систем, подобных нашей.

Однако со временем диски тускнеют, поскольку столкновения становятся реже, а пыль постепенно удаляется — либо под давлением звёздного излучения, либо поглощается планетами или планетезималями, либо падает на центральную звезду. Наша Солнечная система является примером конечного состояния этого процесса, где остались лишь пояс астероидов, пояс Койпера и слабая зодиакальная пыль.

Использование таких продвинутых инструментов, как SPHERE, позволяет астрономам изучать пыль в более молодых системах — возрастом примерно до 50 миллионов лет, — которые ещё можно обнаружить. Ключевым элементом является то, что SPHERE блокирует свет звезды с помощью коронографа — небольшого диска, физически закрывающего звезду, чтобы выявить слабые окружающие объекты. Адаптивная оптическая система телескопа корректирует атмосферные искажения в реальном времени, а дополнительные поляризационные фильтры повышают чувствительность к свету, отражённому пылью, что облегчает обнаружение дисков.

Новый обзор демонстрирует удивительное разнообразие: от узких колец до широких диффузных поясов, асимметричных дисков и дисков, наблюдаемых как с ребра, так и «плашмя». Как отмечают исследователи, четыре диска были впервые сфотографированы в таких деталях.

Потрясающие снимки систем, таких как HD 197481 и HD 39060, показывают чёткие потоки материала, разлетающиеся по обе стороны от центральной звезды (вид с ребра). В то же время изображения систем вроде HD 109573 и HD 181327 демонстрируют почти идеальные круговые пылевые кольца (вид «плашмя»).

Во многих системах пыль собирается в чётко очерченные кольца, что указывает на присутствие невидимых планет, формирующих эту структуру, подобно тому, как Нептун влияет на пояс Койпера в нашей системе. С другой стороны, распределение пыли в более молодых системах, таких как HD 145560 и HD 156623, более хаотичное и размытое, где менее определённые структуры говорят о том, что материал ещё не был окончательно «обработан» планетами или не очищен столкновениями.

Сравнение различных структур внутри дисков выявило чёткие тенденции. Например, более массивные звёзды, как правило, обладают более массивными дисками, а диски с материалом, сосредоточенным дальше от звезды, также обычно содержат больше массы.

«Все эти структуры поясов, по-видимому, связаны с присутствием планет, в частности планет-гигантов, которые очищают свои окрестности от более мелких тел, — заявили исследователи. — На некоторых изображениях SPHERE такие особенности, как резкие внутренние края или асимметрии диска, дают интригующие намёки на пока ещё не обнаруженные планеты».

Хотя некоторые планеты-гиганты в этих системах уже обнаружены, обзор SPHERE служит путеводителем для выбора новых целей для более детального изучения такими инструментами, как космический телескоп «Джеймс Уэбб» и Чрезвычайно большой телескоп (ELT) ESO. Они могут выявить экзопланеты, ответственные за формирование этих впечатляющих дисков.

Результаты исследования были опубликованы 3 декабря в журнале Astronomy and Astrophysics. Эта работа не только расширяет наше понимание космических «колыбелей», но и приближает нас к ответу на фундаментальный вопрос: насколько уникальна наша собственная Солнечная система в галактическом масштабе? Будущие наблюдения помогут определить, являются ли планетные системы, подобные нашей, правилом или исключением во Вселенной.