5.3K
Новая модель, рассматривающая молодые планетные системы, предлагает решение головоломки, которая озадачивала астрономов с тех пор, как были открыты тысячи экзопланет.
Большинство внесолнечных миров попадают под категорию «суперземли» с массой между массами Земли и Нептуна, однако, отличительные особенности, увиденные в зарождающихся планетных системах, требуют гораздо более массивных планет, равных или превосходящих по массе Юпитер.
Другими словами, наблюдаемые детали у многих планетных систем на ранних этапах их формирования, похоже, не соответствуют типу экзопланет, составляющих основную часть планетарной популяции в Млечном Пути.
«Мы предлагаем сценарий, который ранее считался невозможным: суперземля может вырезать множественные пробелы на дисках. Впервые мы можем примирить таинственные особенности диска, которые мы наблюдаем, и планеты, наиболее часто встречающиеся в нашей Галактике», — рассказывает Робин Донг, ведущий автор исследования из Аризонского университета (США).
Чтобы найти ответ, астрономы обратили свой взор на протопланетные диски, в которых в настоящее время формируются новые планеты.
Протопланетные диски
Протопланетный диск образуется, когда огромное облако межзвездного газа и пыли конденсируется под действием гравитации. В его центре сияет молодая звезда, возрастом всего лишь несколько миллионов лет. Вокруг юного светила вращаются микроскопические частицы пыли, которые слипаются в более крупные песчинки, песчинки объединяются, образуя булыжники, и так далее, пока не сформируется планета. В итоге появляется планетарная система, похожая на Солнечную систему.
«Эти диски очень недолговечны. Со временем материал рассеивается, но мы точно не знаем, как это происходит. Пока мы видим диски вокруг звезд, которым миллион лет, но не видим их вокруг звезд, которые старше 10 миллионов лет», – добавил Робин Донг.
В наиболее вероятном сценарии большая часть материала диска падает на звезду, некоторое количество сдувается звездным излучением, а остальная часть переходит в планеты.
Несмотря на то, что протопланетные диски наблюдались в относительной близости к Земле, в них по-прежнему чрезвычайно сложно выявить планеты, которые рождаются внутри. На данный момент исследователи полагаются на такие детали в дисках, как пробелы и кольца, которые указывают на возможное наличие экзопланеты.
«Среди всех объяснений появления колец и пробелов в протопланетных дисках, планеты, безусловно, являются самыми захватывающими и привлекают наибольшее внимание. Поскольку планета вращается вокруг звезды, главным аргументом является то, что она может очистить свою орбиту, в результате чего мы видим разрыв», – сказал Шенгтай Ли, соавтор исследования из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США).
Однако, реальность может быть немного сложнее, о чем свидетельствуют два наиболее подробных наблюдения протопланетных дисков, которые были проведены с помощью массива телескопов ALMA. На изображениях дисков вокруг HL Тельца и TW Гидры, полученных в 2014 и 2016 годах соответственно, были выявлены мельчайшие детали, и они показали некоторые особенности, которые трудно объяснить с помощью современных моделей формирования планет.
«Среди всех разрывов в HL Тельца и TW Гидры, выявленных ALMA, две пары расположены чрезвычайно близко друг к другу. В стандартной модели планеты не могут оставаться на столь близких орбитах на протяжении долгого времени, поэтому сценарий с двумя экзопланетами маловероятен», – пояснил Шенгтай Ли.
Новая модель
Предыдущие симуляции могли объяснить широкие отдельные пробелы, которые свидетельствуют о том, что крупные планеты расчищают свою орбиту, но им не удалось объяснить более сложные особенности, обнаруженные ALMA.
В модели, созданной Робином Донгом и его коллегами, изменены и подобраны входные параметры (понижена вязкость протопланетного диска и добавлена пыль), оказывающие влияние на эволюции диска, для того, чтобы сопоставить симуляцию с наблюдениями ALMA. Большинство предыдущих симуляций были основаны на более высокой вязкости протопланетного диска и учитывали только газообразный компонент системы.
«Вязкость в протопланетных дисках может быть вызвана турбулентностью и другими физическими эффектами. Это загадочный параметр. Мы знаем, что она есть, но мы не знаем ее происхождения или того, насколько велико ее влияние. Мы считаем наши поправки разумными, учитывая то, что они приводят к результату, наблюдаемому на небе. К тому же, наша симуляция показала отсутствие необходимости в газовых гигантах размером с Юпитер или больше его. Одной суперземли оказалось достаточно для создания множества колец и пробелов в протопланетном диске», – заключил Робин Донг.
Результаты исследования будут представлены в журнале Astrophysical Journal 13 июля 2017 года.