Природа создает мало дубликатов, и планеты отличаются друг от друга так же, как снежинки. Но все планеты рождаются при одинаковых обстоятельствах: во вращающихся дисках материала, окружающих молодые звезды. ALMA добилась большого прогресса в визуализации этих дисков и характерных пробелов, образовавшихся на молодых, все еще формирующихся планетах.
Но новые изображения с ALMA (Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы) показывают звезду и диск настолько молоды, что в диске нет заметных пробелов. Это момент, когда начинают формироваться планеты?
Сначала образуются звезды, затем планеты. Звезды формируются в облаке межзвездного газа, называемом гигантским молекулярным облаком. Они начинаются как молодые протозвезды, которые начинают вращаться, а их примеру следуют блиноподобные диски из газа и пыли. Эти вращающиеся протопланетные диски содержат материал, из которого формируются планеты. Внутри дисков материя начинает слипаться в протопланеты и планетезимали, прокладывая в дисках полосы. Когда протопланетный диск находится под правильным углом обзора, некоторые телескопы могут обнаружить эти расширяющиеся полосы, а то и сами планеты.
Заглянуть внутрь дисков непросто. Огромное количество пыли гасит большую часть света. Но ALMA, Большая Атакамская решетка миллиметрового/субмиллиметрового диапазона ESO, была создана для того, чтобы улавливать то малое количество света, которое исходит от этих дисков. Как ясно видно из названия телескопа, ALMA видит длину волны света около одного миллиметра, что примерно находится между инфракрасным светом и радиоволнами.
Путь к пониманию формирования планет лежит через всю эту пыль. Физические свойства пылинок играют большую роль в том, как и какие типы формируются планеты. Новое исследование использует наблюдения ALMA для характеристики диска вокруг молодой протозвезды DG Taurus (DG Tau). Это протозвезда класса I-II, возраст которой составляет всего около миллиона лет. DG Taurus — «… одна из наиболее многообещающих целей для изучения ранних стадий пылевого диска», говорится в исследовании.
Исследование называется «Обогащение пыли и рост зерен в гладком диске вокруг протозвезды DG Tau, выявленные с помощью трехдиапазонных частотных наблюдений ALMA», и оно было опубликовано в The Astrophysical Journal. Ведущий автор — Сатоши Охаси из Национальной астрономической обсерватории Японии и кластера новаторских исследований RIKEN.
Важнейшей частью понимания протопланетных дисков и планет, которые они порождают, является размер и распределение пылинок в диске. Процесс формирования планет может изменить распределение, поэтому поиск гладкого диска без планет, такого как диск вокруг ДГ Тау, важен для понимания того, как в конечном итоге формируются планеты и как разные типы формируются в разных местах.
«На данный момент ALMA удалось запечатлеть самые разнообразные структуры дисков и выявить существование планет», — сказал ведущий автор Охаси. «С другой стороны, чтобы ответить на вопрос: «Как начинается формирование планет?», важно наблюдать гладкий диск без признаков формирования планет. Мы считаем, что это исследование очень важно, поскольку оно раскрывает начальные условия формирования планет», — сказал профессор Охаши.
«Уникальность диска ДГ Тау заключается в гладкой морфологии структуры диска на ранней стадии звездообразования», — объясняют исследователи. Недавние изображения ALMA показали нам, что протопланетные диски содержат множество структур, таких как кольца, спирали и полумесяцы. «Напротив, диск DG Tau не имеет существенных субструктур, хотя масса диска, размер пыли и сила турбулентности аналогичны другим дискам, таким как HL Tau». HL Tau широко известен в астрономии как один из первых протопланетных дисков, получивших точное изображение, на котором видны промежутки и кольца, указывающие на формирование планет.
У DG Tau нет колец или промежутков в диске, что привело астрономов к выводу, что ни одна планета еще не сформировалась. «Это говорит о том, что диск ДГ Тау все еще может находиться на ранних стадиях формирования планеты», — объясняют авторы.
Один из способов, с помощью которого исследовательская группа измерила пыль вокруг ДГ Тау, — это полярность. Полярность — важный инструмент для астрономов. Пылевые зерна не имеют сферической формы, поэтому они имеют тенденцию ориентироваться на межзвездные магнитные поля. Такое выравнивание может поляризовать звездный свет, проходящий через пыль, а поляриметрия может выявить некоторые структуры пыли. Поляриметрия позволила исследователям измерить поверхностную плотность пыли, температуру и размер зерен.
Что они нашли?
Диск Д.Г. Тау гладкий и тонкий, но лишь до некоторой степени. Примерно на расстоянии от 40 до 45 а.е. размер и распределение пыли меняются. Это может быть из-за снеговой линии угарного газа, а за ее пределами размер пыли увеличивается. Исследователи полагают, что это связано с тем, что замороженные молекулы CO «более липкие», чем CO.2 молекулы внутри линии замерзания CO. Таким образом, за чертой на поверхности замороженного CO могут образовываться сложные органические молекулы (COM).2 молекулы.
COM обычно определяются как углеродсодержащие молекулы с шестью или более атомами. Какую роль эти COM могут сыграть в появлении углеродной жизни, подобной земной, горячо обсуждается, но они определенно играют роль в сложной химии, необходимой для жизни. Еще слишком рано делать вывод, что означает обнаружение их за линией 40-45 AU в очень молодом диске, но это определенно интересно.
Ученые считают, что CO необходим для формирования планет, поэтому важно найти его и понять в молодом протопланетном диске. Его важность только возрастает из-за его склонности к образованию на его замерзшей поверхности потенциально полезных для жизни COM. Линия замерзания CO, как и линия замерзания воды и линии замерзания других соединений, будет перемещаться по мере развития системы DG Tau. Линия замерзания воды в нашей Солнечной системе сейчас находится на расстоянии около 5 а.е., но когда формировалась Солнечная система, между Марсом и Юпитером она находилась на отметке около 2,7 а.е.
Линия замерзания CO в DG Tau и другие линии замерзания в системе будут смещаться со временем, но насколько и когда остается открытым вопрос. Их расположение будет влиять на типы образующихся планет и может влиять на присутствие органических соединений. Итак, обнаружение этой системы и ее гладкого диска дает ученым чистую отправную точку для работы. Они могут построить график роста протозвезды, эволюции диска и формирования планет. (Если человечество продержится достаточно долго.)
Каждая формирующаяся планета отличается от других. И каждый из них – это шанс на жизнь. Не только для того, чтобы появиться, а затем томиться в грязи и дерьме на пару миллиардов лет, но и в конечном итоге усложниться. Вот как мы сюда попали.
Если мы когда-нибудь получим полное понимание того, как формируются такие планеты, как Земля, и как возникает жизнь, то подобные исследования будут играть основополагающую роль.
