10.06.2013 | Наука

Вихри из пыли вокруг звезд помогают формироваться планетам

Принято считать, что планеты формируются из протопланетных дисков, которые окружают молодые звёзды во всей Вселенной. Однако каким именно образом протекает этот процесс долгое время оставалось неясным.

Учёные придерживаются следующей теории: внутри колец пыли существуют крошечные зёрна космического мусора диаметром всего в несколько микрометров. Эти зёрна под действием силы притяжения собираются вместе в более крупные комки, которые затем вырастают в огромный валун, превышающий размеры Земли в десять раз. Некоторые из этих тел начинают собирать вокруг себя газ и таким образом становятся ядрами гигантских планет вроде Юпитера.

Но и в этой с виду стройной теории есть нестыковка. Моделирование этого процесса показало: как только глыба из космического мусора становится очень большой, то она начинает обращаться вокруг своей звезды медленнее. Из-за этого торможения протопланета начинает притягиваться к центру системы. Сценариев развития дальнейших событий всего два: либо формирующиеся тела начнут сталкиваться друг с другом, разбиваясь на осколки, либо окажутся слишком близко к звезде, которая их поглотит.

Согласно теории, чем дальше от звезды начинает формироваться глыба, тем меньше она должна быть, чтобы не начать двигаться к центру системы. К примеру, в случае с нашей Солнечной системой, на том расстоянии, на котором находится Земля, космический мусор мог образовать небесное тело, не превышающее диаметром одного метра. А в районе пояса Койпера, находящегося за орбитой Нептуна, ядра будущих планет не могут превышать одного миллиметра.

"Это очень большая проблема в космической науке. Если тело становится очень большим, оно в скором времени будет разрушено", — говорит Нинке ван дер Марел (Nienke van der Marel) из Лейденской обсерватории в Нидерландах.

Теоретики предложили альтернативный сценарий. Вероятно, перепады давления в пылевом диске образуют локальные вихри, куда попадают зарождающиеся ядра планет и растут там до тех пор, пока не станут достаточно большими, чтобы не начать "падать" на звезду.

Наблюдения за звездой Oph IRS 48, которая находится в 390 световых годах от нас, с наземной обсерватории ALMA показали, что в кольцах пыли обращающихся вокруг этой звезды, скорее всего, есть такие вихри.

Более ранние наблюдения за этой системой свидетельствуют о том, что в кольце есть крупный пробел. Это говорит о том, что вокруг звезды должна обращаться планета с массой, в 10 раз превышающей массу Юпитера. Используя аппаратуру обсерватории ALMA, ван дер Марел и её коллеги понаблюдали за звездой на трёх разных длинах волн: одна чувствительна к зёрнам космической пыли от миллиметра в диаметре, на другой можно увидеть песчинки около 50 микрометров в ширину, а на третьей — горячий газ.

Исследователи выяснили, что газ и мелкие песчинки пыли формируют вокруг звезды Oph IRS 48 кольца из равномерно распределённого материала. Но более крупные (1 мм в диаметре) зёрна собираются в структуры, напоминающие по форме полумесяц и расположенные всего с одной стороны звезды. Это может говорить о том, что их удерживают вихри, сообщают астрономы в пресс-релизе обсерватории.

"Мы обнаружили диск космической пыли, где крупные песчинки собираются вместе в области большего давления. Должен быть какой-то механизм, удерживающий их в этом месте, поскольку они не движутся к центру системы", — говорит ван дер Марел.

Но действительно ли из этого "пыльного полумесяца" может сформироваться планета? Ван дер Марел считает, что эта структура расположена достаточно далеко от звезды. А значит, она может быть местом зарождения комет, вроде нашего пояса Койпера.

"Мы очень надеемся, что в ближайшие годы нам удастся обнаружить такие же ловушки для пыли рядом с другими звёздами, а также, что они будут находиться достаточно близко к центру системы, чтобы могла сформироваться планета", — делится планами ван дер Марел.

"Теория формирования планет в вихревом "инкубаторе" звучит разумно, но в таком случае возникает ещё одна проблема: в такой системе, как Oph IRS 48, газовые гиганты вроде Юпитера будут создавать ещё больше перепадов давления, что будет только усиливать вихри. Звучит, как загадка про курицу и яйцо — непонятно, что есть причина, а что есть следствие", — комментирует открытие астрофизик Филипп Армитадж (Philip Armitage) из университета Колорадо.

Несмотря на то, что теория астрофизиков нашла косвенное экспериментальное подтверждение, учёным ещё предстоит пройти длинный путь, прежде чем они смогут разрешить загадку природы о формировании планет.

С результатами работы ван дер Марел и её коллег можно ознакомиться, прочитав статью, опубликованную в журнале Science.

По публикациям UkrNet