За останні кілька десятиліть полювання на інші планети в нашій галактиці розпалилася, в 3886 планетах було виявлено в 2886 системах, а ще 2898 кандидатів очікували підтвердження. Хоча відкриття цих планет багато навчило вчених про види планет, які існують у нашій галактиці, все ще багато чого ми не знаємо про процес формування планети.
Щоб відповісти на ці запитання, нещодавно міжнародна команда використовувала великий міліметровий / субміліметровий масив Atacama (ALMA) для проведення першого масштабного дослідження високої роздільної здатності протопланетних дисків навколо сусідніх зірок. Ця програма, відома як дискові підструктури в рамках проекту високої кутової роздільної здатності (DSHARP), дала зображення високої роздільної здатності 20 сусідніх систем, де пил і газ знаходилися в процесі формування нових планет.
Їх результати були поділені у серії з десяти робіт, які мають бути випущені у спеціальному номері Листи до астрофізичного журналу. Відповідальна команда включала членів Гарвардського Смітсонівського центру астрофізики (CfA), Об'єднаної обсерваторії ALMA та багатьох обсерваторій, науково-дослідних інститутів та університетів.
У кожному конкретному випадку дослідники DSHARP відзначали наявність проміжків у диску, які були далекі від центральної зірки і, здавалося, розмежовували внутрішню та зовнішню частини диска. Отримані кільця також були щільно упаковані або утворювали більш тонкі смуги, залежно від їх відстані від зірки. Ці зразки, зазначали вони, можуть бути результатом небаченого планетарного супутника, що турбує диск.
Інша можливість полягає в тому, що структури дисків зазнають глобальної нестабільності, подібної до тих, що спостерігаються в спіральних галактиках (як Чумацький Шлях). На думку дослідників, найбільш переконливим поясненням є те, що великі планети (наприклад, газові гіганти) формувались переважно у зовнішніх досягають дисках, що вказувало б на те, що формування планети відбувається набагато швидше, ніж це дозволяють сучасні теорії формування планет.
Це можливе пояснення також допоможе пояснити, наскільки земні планети (тобто скелясті та подібні за розміром до Землі), що утворюють ближче до своїх зірок, здатні вижити на ранніх стадіях свого становлення. Шон Ендрюс, астроном Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (CfA) та один з лідерів * кампанії спостереження ALMA, пояснив важливість цих висновків у прес-релізі НАПУ:
«Мета цієї багатомісячної спостережної кампанії полягала в пошуку структурних спільності та відмінностей у протопланетних дисках. Надзвичайно різкий зір ALMA виявив раніше небачені структури та несподівано складні зразки. Ми бачимо чіткі деталі навколо широкого асортименту молодих зірок різних мас. Найпереконливіша інтерпретація цих дуже різноманітних, дрібномасштабних особливостей полягає в тому, що існують невидимі планети, що взаємодіють з матеріалом диска ».
Відповідно до провідних моделей формування планети, планети народжуються шляхом поступового скупчення пилу та газу всередині протопланетного диска. Це починається з зерна пилу, що зливається з утворенням більших і більших порід, поки не з’являться астероїди, планестезимали і планети. Цей процес, як вважається, зайнять мільйони років, а це означає, що протопланетарні диски в старих системах впливали б на більшу видимість.
Однак перші спостереження, проведені ALMA, показали, що багато молодих протопланетних дисків мали чітко виражену структуру, як кільця та проміжки. Ці особливості, як правило, пов'язані з наявністю планет і навіть були знайдені в кількох системах, яким було лише мільйон років. Як пояснила Джейн Хуан, аспірантка CfA та член дослідницької групи:
«Було дивно бачити можливі підписи формування планети в перших зображеннях молодих дисків з високою роздільною здатністю. Важливо було з’ясувати, чи це аномалії, чи ті підписи поширені на дисках ».
Оскільки ранній набір зразків був настільки малим, кампанія DSHARP була встановлена для спостереження інших протопланетних дисків для порівняння. Оскільки, як відомо, пилові частинки світяться на міліметровій довжині хвилі, команда кампанії змогла використовувати масив ALMA для точного відображення розподілу щільності поясів пилу навколо молодих зіркових систем та (залежно від відстані до зірки) для відображення особливостей невеликий, як кілька астрономічних одиниць.
Зрештою, дослідницька група виявила, що багато підструктур (тобто концентричні проміжки та вузькі кільця) були спільними для майже всіх дисків, тоді як масштабні спіральні візерунки та дугоподібні особливості були більш рідкісними. Вони також встановили, що диски та зазори були на великій відстані від їхніх зірок-господарів - від кількох АС до більше ста.
Як зазначалося, ці спостереження можуть допомогти розгадати незгасну таємницю, коли мова йде про теорії формування планети. Зокрема, астрономи цікавились, як могли б формуватися планети, коли динаміка гладкого протопланетного диска призвела б до того, щоб будь-яке тіло діаметром більше сантиметра потрапляло в його зірку-господаря. За таких обставин кам'янисті об’єкти, більші за астероїд, не повинні існувати.
По суті, щільні кільця пилу, які спостерігала команда, створювали б збурення на диску, що могло б створити зони, де б планетарні тварини були б безпечними і мали б час, який їм потрібен, щоб перерости в планети. Як зазначила Лаура Перес, науковий співробітник Університету Чилі та член дослідницької групи:
«Коли ALMA по-справжньому розкрила свої можливості своїм знаковим зображенням HL Tau, нам довелося задуматися, чи це було незвично, оскільки диск був порівняно масивним і молодим. Ці останні спостереження показують, що Хол Тау, хоча і вражає, далеко не надзвичайний і насправді може представляти нормальну еволюцію планет навколо молодих зірок ».
Це дослідження демонструє силу, яку сьогодні мають передові інструменти та наукова співпраця. Завдяки здатності бачити більше і бачити далі, вчені можуть перевірити астрономічні теорії, як ніколи. І в цьому процесі наші основоположні уявлення про те, як створився Всесвіт, підтверджуються і опромінюються.
Не забудьте насолодитися цією анімацією того, як виглядає протопланетний диск, люб’язно надавши програму NRAO Outreach:
* Інші лідери кампанії спостереження за ALMA - Андреа Ізелла з Університету Райсу, Лаура Перес з Університету Чилі та Корнеліс Даллемонд з Гейдельберзького університету.
