Колыбель гигантов: как рождаются планеты в пыльных пеленках молодых звезд
В поисках новорожденных, еще формирующихся планет астрономы обращаются к самому мощному своему инструменту — комплексу радиотелескопов ALMA (Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка). Именно ALMA подарила нам великолепные изображения протопланетных дисков с четкими щелями и кольцами — следами юных планет. В новом исследовании, используя ALMA, команда ученых сфотографировала 16 дисков вокруг самых молодых звезд (классов 0 и I) и пришла к выводу: планеты начинают формироваться гораздо раньше, чем считалось.
Эти находки будут опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics в статье «FAUST. XXVIII. Высокоточные наблюдения ALMA за дисками класса 0/I: структура, оптическая толщина и температуры». Исследование уже доступно на сервере препринтов arXiv. Руководила работой доктор Мария Хосе Маурера Пинолет из Института внеземной физики Общества Макса Планка. Аббревиатура FAUST расшифровывается как «Исследование пятидесяти астрономических единиц» — это масштабная программа, изучающая системы из envelopes и дисков у молодых протозвезд, похожих на наше Солнце.
Рождение в тумане
Долгое время астрономы полагали, что формирование планет начинается уже после того, как звезда в основном сформировалась. Однако накапливается все больше свидетельств, что этот процесс запускается гораздо раньше — пока звезда сама еще является зародышем, протозвездой.
«Растущее количество данных говорит о том, что процесс формирования планет начинается на встроенных протозвездных стадиях (Класс 0/I), что делает характеристику протозвездных дисков ключом к изучению как аккреции протозвезды, так и начальных фаз планетообразования», — пишут авторы новой работы. Стадия встроенной протозвезды — это когда молодые светила глубоко погружены в свои естественные газо-пылевые коконы. В этот период протозвезды активно аккрецируют новую материю и набирают основную часть своей массы.
Однако протозвездные диски — крайне сложная среда для наблюдений. Густой газ и пыль скрывают то, что происходит внутри них. К счастью, ALMA справляется с этой задачей. Исследователи использовали его для наблюдения за 16 очень молодыми системами с протозвездами классов 0 и I.
«Эти диски-младенцы соединяют коллапсирующее облако и более поздние стадии формирования планет, — пояснила Паола Каселлли, директор Центра астрохимии в MPE и один из основных авторов исследования. — Они предоставляют недостающее звено для понимания того, как звезды и планеты появляются вместе».
Тайны, скрытые толщиной
Хотя разрешение снимков таких молодых систем постоянно улучшается, их все еще недостаточно. Одна из текущих целей — определить, когда в дисках класса 0/I появляются такие же субструктуры (кольца, щели), как в более зрелых дисках класса II.
На сегодня астрономы изучили почти 60 дисков класса 0/I, но лишь у пяти из них были четко определенные субструктуры, и все пять находились в дисках класса I. «Эти результаты позволяют предположить, что либо формирование планет начинается на стадии Класса I, либо многие более молодые диски остаются слишком оптически толстыми, что мешает четкому обнаружению субструктур», — объясняют исследователи.
В этой работе ученые идентифицировали лишь одну определенную субструктуру (уже найденную ранее другими группами) и одну потенциальную. Но это не значит, что их работа напрасна. Характер этой пары субструктур намекает, что многие другие просто скрыты от «взора» ALMA за толстым слоем пыли. «Эти результаты поддерживают идею, что кольцевые субструктуры могут появляться уже на стадии Класса 0, но часто скрываются оптически толстым излучением», — поясняют авторы.
Массивные и яркие: портрет юного диска
Помимо этого, работа показала, что эти молодые диски примерно в 10 раз ярче своих более эволюционировавших собратьев. Причина в том, что они невероятно толстые и массивные — гораздо больше, чем предполагали теоретические модели. Результаты также проливают свет на силы, которые формируют эти самые молодые диски.
«Наши результаты показывают, что самогравитация и нагрев от аккреции играют major роль в формировании самых ранних дисков, — добавил Хаую Баобаб Лю из Национального университета Ченг Кунг на Тайване. — Они влияют как на доступную массу для формирования планет, так и на химию, ведущую к образованию сложных молекул».
Природа, как всегда, прячет свои секреты в самых труднодоступных местах. А человеческое любопытство заставляет нас снова и снова пытаться заглянуть внутрь этих пыльных коконов. Однако толстая пыль создает серьезную проблему, например, мешая определить размер пылевых зерен — важнейший индикатор начала процесса формирования планет.
Взгляд в будущее
ALMA продолжит играть ключевую роль в усилиях по изучению самых ранних стадий формирования планет. К ней присоединятся другие радиотелескопы, такие как VLA, а в будущем — и новые мега-обсерватории, такие как Square Kilometer Array (SKAO) и телескоп следующего поколения ngVLA. Вместе они смогут наблюдать эти затененные диски на более длинных волнах, которые легче проникают сквозь толщу пыли.
«Наблюдения на более длинных волнах необходимы, чтобы преодолеть эти проблемы. Будущие наблюдения на SKAO и ngVLA, вместе с более чувствительными наблюдениями на ALMA, чтобы охватить более широкие и тусклые популяции, станут ключом к углублению нашего понимания раннего формирования и эволюции дисков и планет», — заключают авторы.
Это исследование — еще один важный шаг к разгадке вечной тайны: как из хаотического облака газа и пыли рождаются упорядоченные планетные системы, некоторые из которых, как наша собственная, могут стать колыбелью для жизни.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
