Радіообсерваторія ALMA розкриває механізми формування планет

Рішення таємниці того, як утворилися планети, такі як Земля, є важливим питанням для розуміння походження життя. Вважається, що планети утворюються, коли міжзоряний пил і газ збираються в протопланетному диску, що оточує протозірку, але поки неясно, де, коли і як починається формування планет.

З іншого боку, відомо, що коли планета утворюється всередині диска, її сила тяжіння створює на диску кільцеподібний малюнок. Справді, спостереження за допомогою ALMA виявили такі кільцеві структури в багатьох протопланетних дисках, що свідчить про існування планет.

Щоб вивчити процес утворення планет, необхідно детально розглянути диски, де точно ще немає планет. Однак через труднощі пошуку таких дисків без ознак планет і їх детального вивчення ми ще не маємо чіткої картини того, як починається формування планет.

У новому дослідженні «Збагачення пилу та зростання зерен у гладкому диску навколо протозірки DG Tau, виявлені за допомогою спостережень потрійних діапазонів частот ALMA», опублікованому в The Astrophysical Journal, міжнародна дослідницька група зосередилася на відносно молодій протозірці DG Taurus (DG Tau), і детально вивчив диск, що оточує протозірку, за допомогою ALMA.

Вони спостерігали за розподілом інтенсивності радіовипромінювання на довжині хвилі 1,3 мм, випромінюваного пилом у диску з надзвичайно високою просторовою роздільною здатністю 0,04 кутової секунди, і прояснили детальну структуру диска. Результати показують, що диск навколо DG Tau є гладким і не має кільцеподібних візерунків, які можна побачити на дисках навколо старих протозірок. Це вказує на те, що в диску DG Tau немає планет, і зображення могло зафіксувати переддень формування планет.

Далі дослідники спостерігали за диском на різних довжинах хвиль (0,87 мм, 1,3 мм і 3,1 мм) і досліджували інтенсивність радіохвиль та поляризацію. Залежно від розміру та щільності пилу змінюється співвідношення інтенсивностей радіохвиль на різних довжинах хвиль та інтенсивність поляризації радіохвиль, розсіяних пилом. Таким чином, розподіл розміру та щільності можна оцінити шляхом порівняння результатів спостереження з моделюванням із різними моделями розподілу розміру та щільності пилу.

Це показує, наскільки зростає міжзоряний пил, матеріал, з якого складаються планети. Оптимальне моделювання припускає, що пилу більше у зовнішній частині диска (понад 40 астрономічних одиниць; трохи далі, ніж відстань між Сонцем і Нептуном у Сонячній системі), ніж у внутрішній частині, що вказує на те, що процес формування планети є більш прогресивним.

Теорії формування планет припускають, що формування планет починається у внутрішній частині диска, але результати цього дослідження суперечать цьому очікуванню та вказують на те, що формування планет може починатися із зовнішньої частини диска. З іншого боку, було виявлено, що співвідношення пилу до газу приблизно в 10 разів вище, ніж у звичайному міжзоряному просторі у внутрішній області, хоча розмір пилу менший. Крім того, ці частинки пилу добре осіли на середній площині диска, що свідчить про те, що диск накопичує матеріал для формування планет. Цілком можливо, що формування планети може бути спровоковано накопиченням пилу в майбутньому.

Ці спостереження стали можливими завдяки надзвичайно високій просторовій роздільній здатності ALMA 0,04 кутової секунди, а також завдяки спостереженню за радіохвилями, які випромінює пил, включаючи поляризоване світло трьох різних довжин хвиль. Це перший раз, коли було виявлено розмір і щільність пилу в «гладкому диску» без ознак планет. Це дало нову інформацію про місця формування планет, які не могли бути передбачені попередніми теоретичними дослідженнями або спостереженнями дисків зі слідами формування планет.

Коментуючи важливість цього дослідження, Сатоші Охаші каже: «ALMA наразі вдалося зафіксувати широкий спектр дискових структур і виявити існування планет. З іншого боку, однак, щоб відповісти на запитання: «Як планета початок формування?’ важливо спостерігати гладкий диск без слідів формування планет. Ми вважаємо, що це дослідження є дуже важливим, оскільки воно розкриває початкові умови формування планет». Джерело