Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка ESO в Атакаме (ALMA) расположена высоко в чилийских Андах. ALMA состоит из 66 высокоточных антенн, которые работают вместе, чтобы наблюдать свет между радио и инфракрасным диапазоном. Его специализация — холодные объекты, и в последние годы он сделал несколько потрясающих и содержательных с научной точки зрения изображений протопланетных дисков и формирующихся в них планет.
Но его новейший образ заменяет их все.
Формирование солнечных систем и планет и то, как они развиваются, является одной из основных тем ALMA. Он завоевал репутацию благодаря получению изображений молодых звезд Т Тельца и их протопланетных дисков. Эти изображения показывают характерные разрывы, созданные, по мнению астрономов, молодыми, все еще формирующимися планетами.
В новом исследовании группа астрономов более внимательно изучила один протопланетный диск. Они измеряют полярность света, исходящего от пылинок на диске. Это не первый раз, когда ALMA изучает полярность диска. Но это изображение основано на в 10 раз большем количестве измерений поляризации, чем на любом другом диске, и в 100 раз большем количестве измерений, чем на большинстве дисков.
Научная статья: «Выровненные зерна и рассеянный свет обнаружены в зазорах планетообразующего диска». Оно опубликовано в журнале Nature, а его ведущий автор — Ян Стивенс. Стивенс — доцент кафедры Земли, окружающей среды и физики Вустерского государственного университета, Вустер, Массачусетс, США.
Что такого полезного в измерении полярности пыли в протопланетном диске? Он может выявить такие вещи, как размер и форма пылинок. Это их основные характеристики, и они каким-то образом влияют на поведение пыли и, в конечном итоге, на формирование планет.
В протопланетных дисках происходит много всего, хотя на то, чтобы все это произошло, требуются миллионы лет. В конце концов, полагают ученые, молодые диски, подобные этому, вокруг HL Тельца созреют и стабилизируются. Планеты могут вступить в резонанс друг с другом, некоторые планеты могут мигрировать, и в конечном итоге все, вероятно, стабилизируется, как это произошло в нашей Солнечной системе.
И все начинается с пыли.
HL Tau находится на расстоянии около 450 световых лет в Молекулярном облаке Тельца, регионе звездообразования, который может быть ближайшим к Земле. Возраст всех звезд TMC, включая HL Tau, составляет всего около одного или двух миллионов лет. В этом возрасте диски вокруг звезд только начинают формировать планеты, и именно поэтому ALMA изучает их.
И это не первый раз. Фактически, самое четкое изображение, когда-либо полученное ALMA, было HL Tau.
В новом исследовании Стивенс и его коллеги хотели еще глубже изучить HL Tau. Они сосредоточились на полярности пыли, потому что мы очень многого не знаем о том, как формируются планеты. Полярность может дать ключ к пониманию этого процесса, которого не могут дать другие наблюдения. Полярность пыли может раскрыть информацию о базовой структуре диска HL Tau, которую невозможно раскрыть каким-либо другим способом.
Со временем пылинки в диске начинают слипаться. Этот процесс продолжается и продолжается до тех пор, пока не образуются планетезимали, а затем, в конечном итоге, планеты. HL Tau и ее диск обладают собственным магнитным полем, и ученые полагают, что это поле может влиять на то, как пылинки выравниваются и как они срастаются в более крупные структуры. Однако измерения полярности показывают, что пыль не совпадает с магнитными полями.
Вместо этого полярность определяется формой зерен. Зерна не обязательно должны быть круглыми; они могут быть вытянутыми, как вытянутые сферы. А это значит, что они могут поляризовать свет. Это ограничивает размер и форму зерен, что, в свою очередь, должно влиять на то, как они слипаются.
Изображение ALMA также показало, что одна сторона протопланетного диска более поляризована, чем другая. Вероятно, это связано с асимметрией в распределении пыли или с различиями свойств зерен с одной стороны. Но однозначного ответа на него пока нет.
Изображения преподнесли еще один сюрприз. Полярность пыли внутри зазоров более азимутальная, хотя пыли там меньше. Это говорит о том, что пыль более выравнивается в зазорах. В промежутках формируются планеты. Отражают ли свойства пыли формирование планет? Или это помогает объяснить это? Полярность в самих кольцах более однородная, что указывает на то, что полярность возникает в результате рассеяния, что еще больше усложняет задачу.
В целом полярность имеет две причины: рассеяние и выравнивание пыли. Но из изображений и данных неясно, что заставляет пыль выравниваться таким образом. Маловероятно, что пыль ориентирована на магнитные поля, хотя, как ни странно, пыль за пределами протопланетного диска обычно так и есть. В настоящее время считается, что выравнивание имеет механическую, а не магнитную причину. Это могло быть результатом движения вокруг звезды, но четкого консенсуса пока нет.
Это исследование не дает однозначных ответов на наши вопросы о формировании планет в дисках вокруг молодых звезд. Но диск HL Tau, похоже, очень развит для своего возраста. Вероятно, ему не больше миллиона лет, но на нем видны характерные кольца и промежутки, указывающие на формирование планет.
Предыдущее исследование, также проведенное Яном Стивенсом из Вустерского государственного университета, предположило, что быстрая скорость аккреции может быть связана со сложными магнитными полями HL Tau. «Неожиданная морфология предполагает, что роль магнитного поля в аккреции звезды T Тельца более сложна, чем наше нынешнее теоретическое понимание», — написали Стивенс и его коллеги в этом исследовании.
К сожалению, даже несмотря на это исключительное изображение ALMA, наши вопросы остаются без ответа. Но это всего лишь один диск. Результаты показывают, что изображение поляризации протопланетного диска с высоким разрешением показывает детали, которые в противном случае были бы скрыты. Нам нужно больше таких изображений большего количества дисков вокруг молодых звезд типа T Тельца, таких как HL Tau.
При большом размере выборки ученые могли бы добиться большего прогресса.
