Ученые получили ключ к разгадке тайны рождения планет и лун из звездной пыли

Пылевой диск вокруг внесолнечной планеты ученым впервые удалось уверенно разглядеть с помощью антенной решётки ALMA в чилийском высокогорье. Эти наблюдения проливают свет на механизмы формирования планет и лун в молодых звездных системах.

"Результат нашей работы – чёткая регистрация диска, в котором могут образовываться спутники планеты, – говорит Мириам Бенисти (Myriam Benisty), исследовательница из Гренобльского университета во Франции и руководитель работы. – Наши наблюдения на ALMA были выполнены с таким великолепным разрешением, что мы впервые смогли уверенно идентифицировать связанный с планетой диск и оценить его размеры", – добавляет она.

Результаты исследования 22 июля опубликовал научный журнал The Astrophysical Journal Letters.

Как и почему образовалась Луна – спутник Земли – ученые только предполагают. Есть почти десяток гипотез на эту тему. И большая их часть рассматривает Луну как оторвавшийся основательный кусок чего-то, притянутый гравитацией Земли на ее орбиту.

Недавно обнаруженный "лунообразующий" диск вокруг экзопланеты видится ученым реальным доказательством иного процесса происхождения спутников крупных планет.

Так называемый околопланетный диск окружает экзопланету PDS 70c – одну из двух гигантских планет типа Юпитера. Эти две планеты вращаются вокруг звезды, что находится на расстоянии почти в 400 световых лет от нас.

Астрономы и раньше находили признаки существования "лунообразующего" диска вокруг этой экзопланеты. Но так как не было возможности чётко отличить диск от окружающей его среды, нельзя было уверенно подтвердить существование диска. Теперь уверенность в этом есть – диск существует.

Бенисти и её группа с помощью ALMA выяснили, что диаметр диска примерно равен расстоянию от Земли до Солнца, а массы его хватило бы на образование трёх спутников размером с Луну.

"Эти новые наблюдения крайне важны для проверки теорий образования планет, которые до сих пор невозможно было протестировать", – говорит Джехан Бэ (Jaehan Bae), сотрудник Научно-исследовательского института Карнеги в США.

Планеты образуются в пылевых дисках вокруг молодых звёзд, "подтягивая" к себе вещество околозвёздного диска. В диске образуются пустоты. При этом планета может образовать свой собственный – околопланетный – диск, который влияет на процесс роста планеты, регулируя падающее на нее количество околозвёздного вещества.

Газ и пыль в околопланетном диске в ходе множественных столкновений могут концентрироваться во всё большие тела, что в конечном счёте ведет к рождению спутников планеты – лун.

По словам научного сотрудника ESO Стефано Факкини (Stefano Facchini), астрономам пока не вполне ясны все подробности этих процессов – "когда, где и как образуются планеты и их спутники".

"На сегодняшний день обнаружено более 4000 экзопланет, но все они находятся в уже зрелых планетных системах. PDS 70b и PDS 70c, похожие на пару Юпитер – Сатурн, остаются пока единственными зарегистрированными экзопланетами, все ещё находящимися в процессе формирования", – говорит Мириам Кепплер (Miriam Keppler), сотрудница Института астрономии Макса Планка в Германии, одна из соавторов работы.

PDS 70b и PDS 70c – две планеты, составляющие эту планетную систему, – были открыты на Очень большом телескопе ESO (VLT) в 2018 и 2019 годах соответственно. Благодаря своей уникальности они с тех пор много раз наблюдались разными телескопами и антеннами.

"Получается, что эта система предоставляет нам уникальную возможность наблюдать и изучать процессы формирования планет и их спутников", – резюмирует Факкини.

Нынешние наблюдения на ALMA, выполненные с высоким разрешением, позволили астрономам лучше понять особенности этой системы. В результате не только подтвердилось наличие околопланетного диска вокруг PDS 70c, изучены его размеры и масса, но и обнаружено отсутствие явных свидетельств существования такого же диска вокруг PDS 70b. Похоже, планета PDS 70c стянула на себя всю пыль из родительского облака вокруг PDS 70b и оставила планету-сестру без лун.