Дослідження неба розкривають таємниці народження планет

Коли ми дивимося на зірки, зазвичай нами рухає не туга за далекими глибинами космосу. Коли ми дивимося назовні, ми справді дивимось на себе. Ми намагаємося зрозуміти своє місце в неймовірних просторах Всесвіту. Одне з найгостріших питань, яке нас турбує, це те, наскільки ми унікальні. Життя виникло лише тут, на Землі, чи наша галактика поєднується з ним?

Перший крок у з’ясуванні цього — зрозуміти, наскільки особлива насправді Земля — і, відповідно, вся наша Сонячна система. Для цього потрібні знання про те, як насправді утворюються сонячні системи. І це саме те, що ми з колегами почали відкривати за допомогою нової серії досліджень областей зореутворення.

За останні десятиліття астрономи помітили понад 5000 планет навколо далеких зірок — так звані екзопланети. Тепер ми знаємо, що планет настільки багато, що ви можете дивитися майже на будь-яку зірку на нічному небі і бути майже впевненим, що планети кружляють навколо неї. Але як виглядають ці планети?

Перша планета, яку виявили навколо зірки, схожої на Сонце, стала для нас шоком. Це був так званий гарячий Юпітер, масивний газовий гігант, який обертається навколо своєї материнської зірки на такій вузькій орбіті, що тривалість року становить лише чотири дні. Це справді чужий світ, рівного якому немає в нашій сонячній системі.

Від цього першого новаторського відкриття астрономи пішли далі й знайшли щільно розташовані системи суперземель, скелястих планет, у кілька разів масивніших за Землю, а також неймовірних газових гігантів на столітніх орбітах навколо своєї батьківської зірки. З багатьох планетарних систем, які ми знайшли, жодна не зрівняється з нашою Сонячною системою. Насправді більшість із них досить різні.

Щоб зрозуміти, як виникли всі ці різні системи, ми повинні звернутися до самого початку. І це величні диски пилу та газу, які оточують наймолодші зірки. Це розплідники, які згодом породять нові планетні системи.

Ці диски є величезними об’єктами, довжина яких у кілька сотень разів перевищує відстань між Землею та Сонцем. Але в небі вони здаються крихітними. Це пояснюється тим, що навіть найближчі, які знаходяться практично на задньому дворі нашої галактики, знаходяться на відстані від 600 до 1600 світлових років.

Це невелика відстань, якщо врахувати, що галактика Чумацький Шлях має діаметр понад 100 000 світлових років, але це все одно означає, що світлу, найшвидшому у Всесвіті, потрібно до нас до 1600 років.

Типовий розмір однієї з цих планетарних ясел, якщо дивитися із Землі, буде кутом 1 «кутової секунди» на небі, що еквівалентно 3600-й частині градуса. У перспективі це все одно, що намагатися спостерігати за людиною, яка стоїть на вершині Ейфелевої вежі, з відстані 500 км у столиці Нідерландів Амстердамі.

Для спостереження за цими дисками нам потрібні найсучасніші та найбільші телескопи. І нам потрібні складні інструменти, які можуть коригувати атмосферну турбулентність, яка розмиває наші зображення. Це невеликий інженерний подвиг, оскільки інструменти останнього покоління доступні лише близько десяти років.

Нові відкриття

Використовуючи «дуже великий телескоп » Європейської південної обсерваторії, VLT і екстремальну адаптивну оптичну камеру Sphere, ми почали досліджувати найближчі молоді зірки. Наша команда, до складу якої входять вчені з понад десяти країн, змогла спостерігати понад 80 цих молодих зірок із дивовижними деталями — наші висновки були опубліковані в серії статей у журналі Astronomy and Astrophysics.

Усі зображення були зроблені в ближньому інфрачервоному світлі, невидимому для людського ока. Вони показують світло від далеких молодих зірок, коли воно відбивається від дрібних частинок пилу в дисках. Цей пил дуже схожий на пісок на пляжі, і згодом злипається разом, утворюючи нові планети.

Ми виявили дивовижну різноманітність форм і форм цих планетарних ясел. Деякі з них мають величезні кільцеві системи, інші – великі спіральні рукави. Деякі з них плавні та спокійні, а інші потрапляють у середину шторму, оскільки пил і газ із навколишніх зореутворюючих хмар падають на них.

Хоча ми очікували деякого такого розмаїття, наше опитування вперше показує, що це справедливо навіть в тих самих областях зореутворення. Таким чином, навіть планетарні системи, які утворюються в одному районі, можуть виглядати зовсім по-різному. Знахідка такого широкого діапазону дисків свідчить про те, що величезна різноманітність екзопланет, виявлених досі, є наслідком цього широкого спектра планетних ясел.

На відміну від Сонця, більшість зірок у нашій галактиці мають супутників, причому дві або більше зірок обертаються навколо спільного центру мас. Дивлячись на сузір’я Оріона, ми виявили, що зірки в групах із двох або більше менш імовірно мають великі планетоутворюючі диски, ніж поодинокі зірки. Це корисно знати під час полювання на екзопланети. Ще одна цікава знахідка полягає в тому, наскільки нерівними були диски в цьому регіоні, що свідчить про те, що вони можуть містити масивні планети, які деформують диски.

Наступним кроком у нашому дослідженні буде зв’язати конкретні планети з їхніми яслами, щоб детально зрозуміти, як могли сформуватися різні системи. Ми також хочемо ще ближче наблизити найглибші області цих дисків, у яких, можливо, вже формуються планети земної групи, такі як наша Земля.

Для цього ми будемо використовувати наступне покоління телескопів на чолі з «Надзвичайно великим телескопом» Європейської південної обсерваторії, який зараз будується в чилійській пустелі Атакама. Є багато питань, на які потрібно відповісти. Але завдяки нашому опитуванню ми тепер знаємо, що найперший крок на довгому шляху до появи життя є надзвичайно прекрасним.