Взвихренная, закрученная туча пыли и газа за 530 световых лет от Земли может стать новым элементом головоломки, о том, как растут планеты от крохотных крупиц до гигантских глобусов.
Астрономы сделали изображение ближнего инфракрасного диапазона протопланетного диска вокруг молодой звезды AB Aurigae (Возничего). Снимки показали движущиеся по спирали атмосферные помехи, которые, как считают исследователи, вызваны объединением планет из пыли.
«На ранней стадии формирования планеты гидродинамическое моделирование показывает, что процесс аккреции (процесс приращения массы небесного тела путём гравитационного притяжения материи (обычно газа) на него из окружающего пространства – Прим. ред.) генерирует в месте расположения планеты внутреннюю и внешнюю спиральный узор из-за резонансов Линдблада, вызванных взаимодействиями диска с планетой», – пишут исследователи в своей статье. «Хотя этот важный шаг хорошо задокументирован теоретическими работами, данные наблюдений редкие и не полностью убедительны. Новые изображения процесса в действии – это лучшее, что мы видели до сих пор».
Формирование планеты – захватывающий процесс. Для начала звезде необходимо сформироваться, наматывая на гигантский диск пыль и газ, который ею поглощается. Когда этот этап завершен, астрономы думают, что оставшийся диск начинает скучиваться, формируя другие части планетарной системы – астероиды, кометы, карликовые планеты и, конечно, сами планеты.
Сперва электростатические силы собирают вместе крошечные комки холодного материала. Потом, как только эти комки увеличатся в размере, они начинают вырабатывать достаточно силы гравитации, чтобы привлекать больше элементов, создавая плотный, компактный объект.
В течение процесса, орбиты из крупиц пыли вокруг формирующихся планет начинают активизироваться и формировать их эллиптическую орбиту, создавая колебание между их самыми близкими и самыми дальними точками. Если это колебание кратно орбитальному периоду частицы, оно создает резонанс, называемый резонансом Линдблада, который и должен генерировать спиральную структуру.
Астрономы верят, что именно этот резонанс отвечает за спиральные ветви в массивных галактиках. Такие же принципы физики можно наблюдать в кольцах Сатурна, и это должно присутствовать в формировании планет. Кроме того, что за протопланетными дисками не так просто следить. Они далеко, и часто свет их звезды настолько яркие, что затеняют маленькие детали, которые могут раскрыть процессы формирования планет.
Здесь AB Возничего выходит на первый план. Это одна из ближайших звезд такого вида – очень молодая – возрастом менее 10 миллионов лет, и окружена толстым протопланетным диском. В 2017 году, наблюдения с Большим атакамским миллиметровым (микроволновым) комплексом (ALMA) выявили грубые спиральные формы, которые могли бы стать наиболее искомыми признаками формирования планет.
После этого, международная команда астрономов начала более детальное наблюдение. Используя оборудование SPHERE, прикрепленное к крупноразмерному телескопу в Чили, они провели высококонтрастные исследование AB Возничего в ближнем инфракрасном излучении в декабре 2019 года и январе 2020 года.
Читайте по теме:
В НАСА создали правила по освоению космоса
Это привело к самым глубоким изображениям звезды, которые когда-либо видели люди. Они захватывают слабый свет от более мелких частиц пыли. И в сочетании с более ранними данными ALMA, они выявили S-образное возмущение в протопланетном диске, очень похожем на спиральные волны плотности, распространяющиеся от аккрецирующей протопланеты.
«Виток ожидается от некоторых теоретических моделей формирования планет», – сказала астроном Энн Датри из Астрофизической лаборатории Бордо во Франции. «Это соответствует соединению двух спиралей – одна намотана внутрь орбиты планеты, а другая расширяется наружу – которые соединяются в месте расположения планеты. Они позволяют газу и пыли с диска нарастать на формирующуюся планету и заставлять ее расти».
По предварительным данным, эта предполагаемая протопланета формируется на расстоянии от своей звезды, примерно эквивалентной расстоянию Нептуна от Солнца. Ее точный размер трудно измерить, но основываясь на предыдущем расчете скорости аккреции, команда оценивает ее размер, как примерно в 4 и 13 раз больше массы Юпитера.
На данный момент, эти результаты не подтверждены. Но они точно свидетельствуют о том, что звезда AB Возничего является многообещающим кандидатом для последующих наблюдений с помощью более мощных телескопов, которые строятся в настоящее время. Это могло бы подтвердить, что ученые смотрят на гигантскую планету, находящуюся в процессе формирования, а также помочь рассчитать ее массу с большей точностью.