Как турбулентность и аккреция переписывают историю формирования планет

Новое исследование, проведенное под руководством Паоло Падоана, профессора-исследователя ICREA в Институте космических наук Барселонского университета (ICCUB), предлагает радикально новый взгляд на эволюцию протопланетных дисков — газопылевых структур вокруг молодых звезд, где формируются планеты. Работа, опубликованная в Nature Astronomy, пересматривает традиционные представления о динамике этих дисков, подчеркивая ключевую роль окружающей среды в их формировании, размере и долговечности.

Долгое время считалось, что протопланетные диски постепенно теряют массу из-за аккреции на звезду и формирования планет, что приводит к их сокращению и исчезновению. Однако исследование Паоло Падоана демонстрирует, что молодые звезды могут получать дополнительное вещество из окружающего межзвездного газа через механизм, известный как аккреция Бонди-Хойла. Этот процесс не только компенсирует потери массы, но и увеличивает угловой момент диска, делая его более массивным и долгоживущим, чем предполагалось ранее.

Роль турбулентности и окружающей среды

Ключевым аспектом исследования стало моделирование турбулентных свойств межзвездного газа. Молодые звезды формируются в плотных газовых облаках, где хаотическое движение вещества (турбулентность) определяет, как материал попадает в диск. Падоан и его команда показали, что аккреция Бонди-Хойла способна не только подпитывать диск массой, но и обеспечивать достаточный угловой момент для объяснения наблюдаемых размеров дисков, которые ранее не укладывались в стандартные модели.

Для подтверждения своей гипотезы исследователи использовали комплексный подход, сочетающий передовые компьютерные симуляции с данными наблюдений, полученными на радиотелескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Моделирование позволило изучить динамику плотности, скорости и магнитных полей в протопланетных дисках, в то время как наблюдения ALMA предоставили эмпирические данные для проверки теоретических предсказаний.

Как отметил член исследовательской группы Вели-Матти Пелконен, симуляции дают уникальную возможность заглянуть внутрь процессов, недоступных для прямого наблюдения, таких как распределение магнитных полей и долговременная эволюция дисков. С развитием суперкомпьютерных технологий и новых телескопов, таких как JWST (James Webb Space Telescope), точность моделей будет только возрастать.

Последствия для планетологии и астробиологии

Открытие имеет далеко идущие последствия для понимания планетообразования. Если протопланетные диски оказываются более массивными и долгоживущими, это расширяет временное окно для формирования планет, включая газовые гиганты и потенциально обитаемые миры. Кроме того, пересмотр механизмов аккреции может объяснить разнообразие экзопланетных систем, обнаруженных в последние годы.

Исследование не только разрешает давние противоречия между теорией и наблюдениями, но и открывает новые направления для изучения ранних стадий звездной и планетарной эволюции. В будущем сочетание более точных симуляций и данных следующего поколения телескопов позволит глубже понять, как условия в молекулярных облаках влияют на рождение планет, подобных Земле.