Планеты начинают формироваться, пока молодые звезды все еще растут

Астрономы нашли убедительные доказательства того, что планеты начинают формироваться, пока молодые звезды все еще растут. Изображение с высоким разрешением, полученное с помощью телескопов ALMA, показывает молодой протозвездный диск с множеством промежутков и пылевых колец.

Этот новый результат показывает самый молодой и наиболее подробный пример пылевых колец, действующих как космические колыбели, в которых формируются и закрепляются семена планет.

Международная группа ученых под руководством Доминика Сегура-Кокса из Института внеземной физики им. Макса Планка (MPE) в Германии изучала прото-звезду IRS 63 с помощью радиообсерватории ALMA. Эта система находится на расстоянии 470 световых лет от Земли и расположена глубоко в плотном межзвездном облаке L1709 в созвездии Змееносца.

Протозвезды такого возраста, как IRS 63, все еще покрыты большим и массивным покровом из газа и пыли, называемым оболочкой, а протозвезда и диск питаются из этого резервуара материала.

В системах старше 1 000 000 лет после того, как протозвезды закончили собирать большую часть своей массы, кольца пыли были ранее обнаружены в большом количестве.

IRS 63 отличается: возраст менее 500 000 лет составляет менее половины возраста других молодых звезд с пылевыми кольцами, и протозвезда будет значительно увеличиваться в массе.

«Кольца в диске IRS 63 совсем молодые», — говорят ученые. «Раньше мы думали, что звезды сначала вступают во взрослую жизнь, а потом стали матерями планет, которые пришли позже. Но теперь мы видим, что протозвезды и планеты растут и развиваются вместе с ранних времен, как братья и сестры».

Планеты сталкиваются с некоторыми серьезными препятствиями на самых ранних стадиях своего формирования. Они должны расти из крошечных частиц пыли, меньше домашней пыли здесь, на Земле.

«Кольца в диске IRS 63 — это огромные скопления пыли, готовые объединиться в планеты», — отмечает соавтор работы Аника Шмидеке из MPE. Однако даже после того, как пыль сгустится вместе, образуя зародыш планеты, все еще формирующаяся планета может исчезнуть, закручиваясь внутрь и поглощаясь центральной протозвездой. Если планеты действительно начинают формироваться очень рано и на больших расстояниях от протозвезды, они могут лучше пережить этот процесс.

Группа исследователей обнаружила, что в молодом диске IRS 63 находится около 0,5 юпитерианской массы пыли, дальше чем в 20 а.е. от его центра (на расстоянии, аналогичном орбите Урана в нашей Солнечной системе).

Это не считая количества газа, которое может добавить в 100 раз больше материала. Требуется не менее 0,03 массы твердого вещества Юпитера, чтобы сформировать ядро ​​планеты, которое будет эффективно срастаться с газом и пылью и расти, образуя гигантскую газовую планету.

Член команды Хайме Пинеда из MPE добавляет: «Эти результаты показывают, что мы должны сосредоточиться на самых молодых системах, чтобы по-настоящему понять формирование планет».

Например, появляется все больше свидетельств того, что Юпитер на самом деле мог сформироваться намного дальше в Солнечной системе, за орбитой Нептуна, а затем переместился внутрь к своему нынешнему местоположению. Точно так же пыль, окружающая IRS 63, показывает, что существует достаточно материала вдали от протозвезды и на достаточно молодой стадии, чтобы у этого аналога Солнечной системы был шанс сформировать планеты так, как предположительно образовался Юпитер.

«Размер диска очень похож на размер нашей Солнечной системы», — объясняют ученые. «Даже масса протозвезды лишь немного меньше массы нашего Солнца. Изучение таких молодых планетообразующих дисков вокруг протозвезд может дать нам важное понимание нашего собственного происхождения».

Dominique M. Segura-Cox et al. Four annular structures in a protostellar disk less than 500,000 years old, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2779-6