Протопланетные диски – планетообразующие диски из газа и пыли, которые окружают недавно сформированные молодые звезды, – известны ученым как место рождения планет. Однако точный процесс формирования планет так и остался загадкой.
Новое исследование, возглавляемое Терезой Панеке-Каррено, недавним выпускником Чилийского университета и докторантом Лейденского университета и Европейской южной обсерватории, а также основным автором первой из двух статей, сосредоточено на открытии тайна образования планеты.
Во время наблюдений ученые подтвердили, что звездная система Элиас 2-27 – молодая звезда, расположенная менее чем в 400 световых годах от Земли в созвездии Змееносца – демонстрирует доказательства гравитационной нестабильности, которая возникает, когда формирующие планеты диски несут большой доля звездной массы системы. «Как именно формируются планеты – один из главных вопросов в нашей области. Однако есть некоторые ключевые механизмы, которые, по нашему мнению, могут ускорить процесс формирования планет ", – сказал Панеке-Каррено. «Мы нашли прямые доказательства гравитационной нестабильности в книге Элиаса 2-27, что очень интересно, потому что это первый раз, когда мы можем показать кинематическое и многоволновое доказательство того, что система гравитационно нестабильна.
Elias 2-27 – первая система, которая проверяет все поля."
Уникальные характеристики Elias 2-27 сделали его популярным среди ученых ALMA более полувека. В 2016 году группа ученых с помощью ALMA обнаружила пылевое колесо, кружащееся вокруг молодой звезды. Считалось, что спирали являются результатом волн плотности, которые, как известно, образуют узнаваемые рукава спиральных галактик, таких как Галактика Млечный Путь, но в то время никогда раньше не наблюдались вокруг отдельных звезд.
«В 2016 году мы обнаружили, что диск Элиаса 2-27 имеет структуру, отличную от других уже изученных систем, чего раньше не наблюдалось в протопланетном диске: два крупномасштабных спиральных рукава. Гравитационная нестабильность была большой вероятностью, но происхождение этих структур оставалось загадкой, и нам потребовались дальнейшие наблюдения », – сказала Лаура Перес, доцент Чилийского университета и главный исследователь исследования 2016 года.
Вместе с сотрудниками она предложила дальнейшие наблюдения в нескольких диапазонах ALMA, которые были проанализированы с помощью Панеке-Каррено как часть ее M.Sc. диссертация в Университете Чили.
Помимо подтверждения гравитационной нестабильности, ученые обнаружили возмущения – или возмущения – в звездной системе, превышающие теоретические ожидания. «Из окружающего молекулярного облака все еще может попадать новый материал, падающий на диск, что делает все более хаотичным», – сказал Панеке-Каррено, добавив, что этот хаос способствовал возникновению интересных явлений, которые никогда не наблюдались раньше и которые ученые исследовали. нет четкого объяснения. «Звездная система Элиаса 2-27 очень асимметрична по газовой структуре. Это было совершенно неожиданно, и мы впервые наблюдаем такую вертикальную асимметрию в протопланетном диске."
Кассандра Холл, доцент вычислительной астрофизики Университета Джорджии и соавтор исследования, добавила, что подтверждение вертикальной асимметрии и возмущений скорости – первых крупномасштабных возмущений, связанных со спиральной структурой в протопланетном диске. – может иметь важное значение для теории формирования планет. «Это может быть« дымящийся пистолет »гравитационной нестабильности, который может ускорить некоторые из самых ранних стадий формирования планет.
Мы впервые предсказали эту сигнатуру в 2020 году, и с точки зрения вычислительной астрофизики очень интересно оказаться правыми."
Панеке-Каррено добавил, что, хотя новое исследование подтвердило некоторые теории, оно также подняло новые вопросы. "В то время как гравитационная нестабильность теперь может быть подтверждена для объяснения спиральных структур в пылевом континууме, окружающем звезду, существует также внутренний зазор или недостающий материал в диске, для которого у нас нет четкого объяснения."
Одним из препятствий на пути к пониманию образования планет было отсутствие прямого измерения массы планетообразующих дисков – проблема, которая решается в новом исследовании. Высокая чувствительность ALMA Band 6 в сочетании с Band 3 и 7 позволила команде более внимательно изучить динамические процессы, плотность и даже массу диска. "Предыдущие измерения массы протопланетного диска были косвенными и основывались только на пыли или редких изотопологах.
Благодаря этому новому исследованию мы теперь чувствительны ко всей массе диска ", – сказала Бенедетта Веронези, аспирантка Миланского университета и научный сотрудник Ecole normale superieure de Lyon, ведущий автор второй статьи. "Это открытие закладывает основу для разработки метода измерения массы диска, который позволит нам преодолеть один из самых больших и серьезных препятствий в области формирования планет. Знание количества массы, присутствующей в дисках, формирующих планеты, позволяет нам определить количество материала, доступного для формирования планетных систем, и лучше понять процесс, посредством которого они формируются."
Хотя команда ответила на ряд ключевых вопросов о роли гравитационной нестабильности и массы диска в формировании планет, работа еще не завершена. "Изучать, как формируются планеты, сложно, потому что на их формирование уходят миллионы лет.
Это очень короткий временной масштаб для звезд, которые живут тысячи миллионов лет, но очень долгий процесс для нас », – сказал Панеке-Каррено. «Что мы можем сделать, так это наблюдать молодые звезды с дисками из газа и пыли вокруг них и попытаться объяснить, почему эти диски из материала выглядят именно так. Это как смотреть на место преступления и пытаться угадать, что произошло. Наш наблюдательный анализ в сочетании с будущим углубленным анализом Элиаса 2-27 позволит нам точно охарактеризовать, как гравитационная нестабильность действует в дисках, формирующих планеты, и получить больше информации о том, как формируются планеты."