Астрономы изучили первый этап формирования планет в протопланетном диске
Разгадка того, как образовались такие планеты, как Земля, является важным вопросом для понимания происхождения жизни. Считается, что планеты формируются, когда межзвездная пыль и газ собираются в протопланетном диске, окружающем протозвезду, но неясно, где, когда и как начинается формирование планет.
С другой стороны, известно, что когда планета формируется внутри диска, ее гравитация создает на диске кольцеобразный узор. Фактически, наблюдения с помощью телескопа ALMA выявили такие кольцевые структуры во многих протопланетных дисках, что позволяет предположить существование планет.
Чтобы изучить процесс образования планет, необходимо детально рассмотреть диски, в которых точно известно, что планет еще не существует. Однако из-за сложности поиска таких дисков без признаков планет и их детального изучения мы пока не имеем четкого представления о том, как начинается формирование планет.
В новой работе международная исследовательская группа сосредоточилась на относительно молодой протозвезде DG Taurus (DG Tau) и подробно изучила диск, окружающий протозвезду, с помощью ALMA.
Они наблюдали распределение интенсивности радиоизлучения на длине волны 1,3 мм, испускаемого пылью в диске с чрезвычайно высоким пространственным разрешением 0,04 угловой секунды, и уточнили детальную структуру диска.
Результаты показывают, что диск вокруг DG Tau гладкий и в нем отсутствуют кольцеобразные узоры, наблюдаемые в дисках вокруг старых протозвезд. Это указывает на то, что в диске DG Tau нет планет, и изображение, возможно, запечатлело канун формирования планет.
Далее исследователи наблюдали диск на разных длинах волн (0,87 мм, 1,3 мм и 3,1 мм) и изучали интенсивность радиоволн и поляризации. В зависимости от размера и плотности пыли меняется соотношение интенсивностей радиоволн на разных длинах волн и интенсивность поляризации радиоволн, рассеянных пылью.
Следовательно, распределение размера и плотности пыли можно оценить путем сравнения результатов наблюдений с моделированием с различными закономерностями распределения пыли по размерам и плотности.
Это показывает, насколько растет межзвездная пыль, материал, из которого состоят планеты. Наиболее точное моделирование предполагает, что во внешней части диска пыли больше (примерно на 40 астрономических единиц больше, чем расстояние между Солнцем и Нептуном в Солнечной системе), чем во внутренней, что указывает на более продвинутый процесс формирования планет.
Теории формирования планет предполагают, что формирование планет начинается во внутренней части диска, но результаты исследования противоречат этому ожиданию и указывают на то, что формирование планет может начаться с внешней части диска.
С другой стороны, соотношение пыли и газа во внутренней области оказалось примерно в 10 раз выше, чем в обычном межзвездном пространстве, хотя размер пыли меньше. Более того, эти частицы пыли хорошо оседают на средней плоскости диска, что позволяет предположить, что диск находится в процессе накопления материала для формирования планет.
Вполне возможно, что образование планет может быть спровоцировано этим скоплением пыли в будущем.
Такие наблюдения стали возможными благодаря чрезвычайно высокому пространственному разрешению ALMA в 0,04 угловых секунды, а также благодаря наблюдению радиоволн, излучаемых пылью, включая поляризованный свет на трех разных длинах волн.
Впервые были выявлены размеры и плотность пыли в «гладком диске» без следов планет. Это дало новую информацию о местах формирования планет, которую невозможно было предсказать с помощью предыдущих теоретических исследований или наблюдений за дисками с признаками формирования планет.
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.