Сколько времени занимает формирование планет? Согласно новому исследованию, возможно, не так долго, как мы думали. Наблюдения с помощью Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) показывают, что формирование планет вокруг молодых звезд может начаться гораздо раньше, чем думали ученые.
Эти новые результаты были представлены на 243-м заседании Американского астрономического общества. Ченг-Хан Се, доктор философии. кандидат Йельского университета представил новые наблюдения. «Ранние наблюдения ALMA за молодыми протопланетными дисками выявили множество красивых колец и промежутков, возможных мест формирования планет», — сказал он. «Мне было интересно, когда в дисках начали появляться эти кольца и зазоры».
Ше имеет в виду хорошо известные изображения протопланетных дисков, полученные с помощью ALMA, которые уже несколько лет появляются в новостях. На этих изображениях показаны протопланетные диски вокруг молодых звезд с промежутками, в которых, по мнению ученых, формируются планеты.
Но это более раннее изображение и подобные ему — это образы дисков класса 2. На новых изображениях показаны диски классов 0 и 1, которые моложе. Классы относятся к возрасту звезд, на которых расположены диски. На самом деле, в таком юном возрасте их даже не называют звездами; их называют молодыми звездными объектами (YSO).
YSO класса 2 — это протозвезда с видимой фотосферой. Но на новых изображениях видны YSO и диски классов 0 и 1. В этом молодом возрасте YSO все еще находятся на стадиях разрушения и формирования.
YSO является объектом класса 0 всего около 10 000 лет и объектом класса 1 в течение нескольких сотен тысяч лет. Итак, обнаружение колец и промежутков в дисках вокруг этих чрезвычайно молодых звездных объектов является, по меньшей мере, удивительным событием. Если планеты формируются на столь раннем этапе существования солнечной системы, это бросает вызов всему нашему пониманию того, как формируются планеты.
Есть две теории формирования планет: аккреция ядра и гравитационная нестабильность.
При аккреции ядра из сталкивающихся планетезималей образуется каменное ядро, и когда оно набирает достаточную массу, оно притягивает газовую оболочку. Ученые полагают, что именно так формируются крупные газовые гиганты, подобные Юпитеру.
При гравитационной неустойчивости протопланетный диск становится настолько массивным, что становится нестабильным, и образуются гравитационно-связанные сгустки. Сгустки и фрагменты формируют планеты.
«Основываясь на модели аккреции ядра, трудно сформировать планеты-гиганты в течение миллиона лет», — сказал Ченг-Хан Се.
На пресс-конференции AAS, где он представил свою работу, Се спросили, отражают ли эти изображения первые этапы формирования планет. Возможно ли, что процесс начинается еще раньше, и мы его просто не видим?
«Наш обзор ограничен угловым разрешением», — объяснил Се. «Наше угловое разрешение составляет около 15 а.е., поэтому мы можем обнаруживать только субструктуры, такие как кольца и промежутки, размером более 8 а.е. Итак, для сравнения: расстояние между Солнцем и Сатурном составляет 9 а.е. Поэтому, если существует разрыв или кольцо, превышающее расстояние между Солнцем и Сатурном, то эти субструктуры мы сможем обнаружить».
«Мы не видим никаких подструктур в самых ранних системах, и это может быть потому, что на ранних этапах подструктуры были меньше», — сказал Се.
Итан Сигел из «Начинается с взрыва» задал Се еще один важный вопрос. «Приятно видеть структуру, появляющуюся на этих ранних дисках», — сказал Сигел. «Есть ли какие-либо доказательства за или против того, что то, что мы видим, является планетообразующей структурой, а не переходной структурой, вырезанной в диске, которая будет размыта в ходе эволюции этой планетной системы, как показывают некоторые симуляции?»
«Для моделирования, если у вас есть планеты размером с Землю или Нептун внутри протопланетного диска, они начнут аккумулировать газ из окружающего газа, а затем со временем вырежут промежутки и кольца», — сказал Се. «С другой стороны, различные нестабильности, такие как возмущения плотности или температуры, также могут вызывать появление субструктур. Таким образом, на основе наблюдений очень сложно определить, действительно ли эти субструктуры вызваны планетой или они происходят из-за нестабильности».
Се также объяснил, что трудно сказать наверняка и что это предмет большого количества исследований. Он также объяснил, насколько важно обнаруживать разрывы и кольца, независимо от того, являются ли они планетами или какой-то нестабильностью.
«Но по-прежнему очень важно определить, когда формируются эти субструктуры, потому что, хотя мы не знаем, есть ли внутри планета, это все равно дает нам временную шкалу формирования планеты», — объяснил Се. Это потому, что ни планеты, ни какая-либо субструктура не могут сформироваться, пока диск не успокоится и турбулентность не утихнет. Таким образом, даже если на самом деле это не планеты, их присутствие указывает на то, что протопланетный диск достаточно успокоился, чтобы начали формироваться структуры и планеты.
Если это планеты, то изображения показывают, что они могут начать формироваться примерно через 300 000 лет после начала жизни молодого звездного объекта, в котором находится диск. Только будущие наблюдения смогут сказать нам, действительно ли это планеты.
Статья, представляющая эти изображения и результаты, готовится к публикации.
