Предложена новая модель строения протопланетных дисков

После появления телескопов, сделавших возможным массовых поиск планет в других звездных системах – таких, как космическая обсерватория «Кеплер» – астрономы обнаружили сотни и тысячи экзопланет. Большинство из них попадает в категорию «суперземель», т.е. их масса находится в диапазоне между массами Земли и Нептуна. В то же время, в только формирующихся звездных системах астрономы находят в основном более крупные планеты – газовые гиганты. В результате наблюдаемый нами состав планетарных систем на стадии формирования отличается от состава зрелых систем.

Есть и вторая, даже более сложная проблема. Процесс формирования новых планет астрономы изучают по протопланетным дискам. Дискообразные структуры из газа и пыли образуются под действием гравитации и существуют около молодых звезд в первые миллионы лет их жизни. Мы не знаем точно, как они исчезают. Известно лишь, что у звезд возрастом миллион лет диски находят, а в 10 миллионов лет – уже нет. Ученые считают, что вещество протопланетных дисков частично поглощается звездой, частично разлетается в межзвездное пространство, а из остального образуются планеты, астероиды, карликовые планеты и т.д.

Хотя некоторые протопланетные диски были найдены относительно близко к нам, напрямую наблюдать в них формирующиеся планеты все еще очень сложно. Поэтому вместо прямых наблюдений астрономы опираются на часто замечаемые особенности дисков, такие как кольца и щели. Считается, что молодая планета собирает на себя газ и пыль вблизи своей орбиты и прорезает в диске кольцеобразные щели.

В 2014 и 2016 годах интерферометрическая радиообсерватория ALMA, расположенная в Чили, получила рекордно детальные снимки протопланетных дисков около звезд HL Тау и TW Гидры. Объяснить полученные изображения общепринятая теория планетообразования не смогла.

Из всех кольцевых щелей на снимке ALMA две пары являются очень узкими и расположены слишком близко друг к другу. Это противоречит принятой модели, ведь планеты, формирующиеся на таких близких орбитах, должны были слиться в одну за очень короткий промежуток времени. Кроме того, на детальных снимках ALMA значительно больше структур, и все их вряд ли можно объяснить простым формированием планет.

Чтобы объяснить сложное строение протопланетных дисков, ученые из Университета Аризоны провели математическое моделирование. Они меняли характеристики диска, пытаясь добиться «увиденного» обсерваторией ALMA результата. Предыдущие симуляции принимали в расчет большую вязкость (вязкость в протопланетных дисках может возникать в результате турбулентности и других физических эффектов), которая учитывалась только для газообразный составляющей диска. На этот раз астрономы снизили вязкость вещества в протопланетном диске и увеличили количество пыли. В результате всего одна суперземля из вводных данных породила множество колец и щелей, похожих на фактически наблюдаемые на изображении, полученном обсерваторией ALMA.

Любопытно и то, что для объяснения строения протопланетного диска на снимках ALMA с новой моделью не нужно прибегать к добавлению лишних газовых гигантов.

Астрономы надеются, что более детальные снимки протопланетных снимков в будущем позволят подтвердить и уточнить их модель. Статья о проделанной ими работе будет опубликована 13 июля в журнале Astrophysical Journal.

Источник: kosmolenta.com