У звезды впервые обнаружили рукава

Астрофизики впервые обнаружили спиральные рукава в протопланетном диске вокруг очень молодой звезды. Это открытие может объяснить, как крупные планеты рождаются вдали от материнских звезд. Работа ученых опубликована в журнале Science.

Протопланетный диск представляет собой вращающийся диск из газа и пыли, который образовывается, как правило, вокруг очень молодых звезд. Именно в нем происходит формирование планет: сначала пыль «сбивается» в небольшие комки, которые затем под действием гравитации превращаются в планетезимали. Если планетезималь накапливает достаточно вещества, то она превращается в протопланету, которая потом уже может стать полноценной планетой.

Чтобы понять особенности формирования планетных систем, астрофизики ведут наблюдения за газопылевыми дисками. Ученые лишь недавно научились получать детальные изображения, которые позволяют не только подтвердить существование протопланетного диска вокруг звезды, но и разглядеть его структуру. Как показывают наблюдения, она может быть разной: например, у TW Гидры в диске можно увидеть многочисленные кольца, а у V883 Orionis — всего одно, которое предположительно является снеговой линией. Открытие разных структур может объяснить, например, как появляются планеты-гиганты вроде Юпитера на далеких орбитах. Ученые говорят о том, что для формирования крупных планетезималей, которые впоследствии станут ядром планеты, газа и пыли в отдаленных областях протопланетного диска просто недостаточно.

Авторы новой работы с помощью массива телескопов ALMA наблюдали в миллиметровом диапазоне за молодой звездой Elias 2-27. Она находится на расстоянии 450 световых лет от Земли в созвездии Змееносца. По данным исследователей, Elias 2-27 сформировалась всего миллион лет назад — для сравнения, нашему Солнцу сейчас около 4,6 миллиарда лет. Ранее ученым было известно, что вокруг нее существует протопланетный диск, однако они предполагали, что это осесимметричный диск без выраженной внутренней структуры.

Новые наблюдения в высоком пространственном разрешении позволили обнаружить в протопланетном диске рукава, которые чем-то напоминают рукава Млечного Пути. Их удалось увидеть благодаря тепловому излучению частиц пыли, которые составляют от 1 до 10 процентов всего вещества в диске. По данным исследователей, длина газопылевых рукавов, отходящих от материнской звезды, достигает более десяти миллиардов километров, что почти в два раза больше среднего расстояния от Плутона до Солнца.

Такую структуру астрофизики наблюдали впервые. Раньше им удавалось увидеть спиралевидные образования в протопланетных дисках, однако уже на тех этапах, когда вокруг звезды активно формировались планеты, которые могли бы их создать. Здесь же авторам работы не удалось обнаружить признаков существования крупных планет. Ученые заметили в диске только узкую полоску, где плотность пыли была значительно меньшей, но ее размер не характерен для большого небесного тела.Исследователи предполагают, что спиралевидная структура могла появиться в результате гравитационной нестабильности самого диска. Такой сценарий был предложен астрофизиками на основе оценки массы и формы протопланетного диска, а также из-за симметричности его рукавов.

В областях повышенной плотности пыли, по мнению ученых, формирование планет протекает значительно активнее: во-первых, из-за того, что гравитация там будет сильнее, а во-вторых, потому что в рукавах более велика вероятность столкновений частиц пыли. Это могло бы объяснить, как небольшим «комкам» пыли вдали от звезды удается вырастать до планетезималей. С другой стороны, сами планеты могут быть причиной возникновения спиральных рукавов. Чтобы понять, являются рукава причиной или следствием формирования небесных тел, необходимы дополнительные наблюдения.

Чаще всего крупные планеты, такие как горячие «юпитеры», обнаруживают на значительно более близких расстояниях от материнской звезды, чем сам Юпитер. Например, недавно группа астрономов обнаружила необычную систему небесных тел, состоящую из двойной звезды, около одной из компонент которой обращаются коричневый карлик и «горячий юпитер». Экзопланета совершает полный оборот вокруг звезды за 13,5 дня, находясь на расстоянии 0,12 астрономической единицы от нее, то есть ближе, чем Меркурий к Солнцу.

Кристина Уласович