Размер протопланетных дисков определяет тип планет

Группа астрономов под руководством Осмара Герра Альварадо из Лейденской обсерватории провела масштабное исследование протопланетных дисков с помощью массива радиотелескопов ALMA в Чили. Наблюдения проводились в 2023–2024 годах и были дополнены архивными данными. Ученые изучили 73 протопланетных диска вокруг молодых звезд в южном созвездии Волка и пришли к неожиданным выводам, меняющим представление о типичных условиях формирования планет.

Оказалось, что около двух третей протопланетных дисков имеют небольшие размеры, простираясь в среднем на 6 астрономических единиц (а. е.) — примерно на расстояние от Солнца до Юпитера. Самые компактные диски ограничиваются орбитой Земли (1 а. е.) и чаще встречаются у маломассивных звезд, которые преобладают во Вселенной. Ранее внимание ученых привлекали в основном крупные и яркие диски с заметными пробелами, где, вероятно, формируются планеты-гиганты. Однако новое исследование показало, что такие диски могут быть скорее исключением, а не правилом.

Команда обнаружила, что компактные диски вокруг маломассивных звезд создают оптимальные условия для формирования суперземель — планет, в 5–10 раз массивнее Земли. Это объясняет, почему суперземли являются одним из самым распространенным типом экзопланет. В таких дисках большая часть пыли и газа сосредоточена близко к звезде, где и образуются эти планеты.

Напротив, более крупные диски, вероятно, способствуют рождению планет-гигантов, подобных Юпитеру и Сатурну. Это ставит Солнечную систему в особую категорию, поскольку наличие газовых гигантов и отсутствие суперземель указывает на формирование в большом протопланетном диске.

Эволюция протопланетных дисков и формирование планет

Протопланетные диски образуются из молекулярных облаков водорода и пыли вокруг молодых звезд. В течение сотен тысяч лет вещество в диске сливается, формируя планетезимали, а затем и полноценные планеты. Радиотелескопы, такие как ALMA, позволяют изучать тонкие структуры в дисках, включая разрывы, которые свидетельствуют о процессе планетообразования.

Исследование подчеркивает, что разнообразие экзопланет — от суперземель до горячих юпитеров и мини-нептунов — напрямую связано с характеристиками их протопланетных дисков. Это также ставит под сомнение «типичность» Солнечной системы, поскольку большинство звезд обладают компактными дисками, ведущими к образованию суперземель, а не газовых гигантов.

Открытие проливает свет на ключевые этапы планетообразования и помогает астрономам понять, почему во Вселенной преобладают те или иные типы планет. Дальнейшие наблюдения с ALMA и другими инструментами позволят уточнить механизмы, связывающие размеры дисков с конечным составом планетных систем.