Исследование протопланетных дисков раскрыло секрет планетарной эволюции

Исследования экзопланет показывают, что в других звездных системах есть планеты, которые не могут существовать в Солнечной системе, например, газовые гиганты вроде Юпитера, но горячие и вращающиеся близко к звезде.

Это наводит астрономов на мысль, что наша Солнечная система формировалась иначе, чем другие. Доказать это можно, только досконально изучив, как именно формируются планеты. Именно это и сделала группа астрономов, которая взяла для анализа 873 молодых звезды в созвездии Ориона и проанализировала их протопланетные диски.

Протопланетные диски или проплиды – это облака плотного газа, вращающиеся вокруг молодых недавно возникших звезд. В процессе вращения облака уплощаются и принимают форму диска, вещество из которого постепенно притягивается к звезде и используется для формирования планеты.

Протопланетные диски есть вокруг многих молодых звезд нашей Галактики. Наибольшее их скопление обнаружено в Облаке Ориона в 1350 световых годах от Земли, где идет процесс активного звездообразования. Именно эту область астрономы исследовали с помощью комплекса радиотелескопов ALMA (Атакамской большой антенной решетки миллиметрового диапазона). 

Они наблюдали электромагнитное излучение молодых звезд в 1,2-миллиметровом диапазоне. В нем свечение звезды было тусклым, а вот газ и пыль в протопланетных дисках светились ярко.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Ученых интересовало, какие условия влияют на эволюцию протопланетных дисков. Для более чистого результата были отсеяны диски, на которые оказывали влияние крупные звезды из Туманности Ориона.

Исследователи сосредоточились на молодых звездах, расположенных в 13 и более световых годах от Туманности, которые почти не подвергаются внешнему воздействию. К тому же все они расположены в одном облаке, а значит, их химический состав относительно однороден.

После обработки данных выяснилось, что большинство дисков содержат только 2,2 земной массы пыли. И всего в 20 протодисках достаточно пыли для 100 или более планет Земля. 

При этом изменчивость массы пыли в дисках из разных частей Облака Ориона была минимальной и в основном объяснялась разницей в возрасте – более старые протодиски имеют меньшую массу, чем молодые. 

Это позволило исследователями сделать вывод о том, что при отсутствии внешнего воздействия масса вещества в протодиске зависит только от возраста формирующейся звезды. Причем корреляция между возрастом и массой диска прослеживается даже для таких крупных структур, как Облако Ориона.

При этом масса диска определяет массу будущих планет, а возраст показывает, какие планеты уже успели сформироваться.

В целом, это исследование доказывает, что на расстоянии около 1000 световых лет подавляющее большинство протодисков одного и того же возраста имеет одинаковую массу. Это помогает понять, какая именно планета может возникнуть из диска, учитывая его возраст, химические свойства пыли и динамику развития. 

Основываясь на этих данных, астрономы смогут предсказывать, какие планеты будут образоваться в разных звездных системах. А следовательно – приблизятся к пониманию того, как происходила эволюция нашей Солнечной системы.