Кольца в протопланетном диске молодой звезды могут указывать на формирование планет

Созвездие Тельца, система HL Tau. Фото: Хаббл.

С конца прошлого года астрономический мир активно обсуждает уникальное изображение, полученное из Чилийской обсерватории при помощи Атакамской Большой Миллиметровой/Субмиллиметровой Решетки (ALMA), сообщает extremetech.com. Оно показывает четкие пробелы в протопланетном диске вокруг звезды HL Tau. При анализе этого изображения мнения астрономов разделились: одни считают, что эти пробелы являются доказательством ранней стадии формирования из протопланетной туманности планет вокруг звезды, другие же считают, что подобная система стабильна и планет быть не может. Команда астрономов во главе с Даниэлем Тамайо из университета Торонто думает, что это изображение показывает нам раннюю стадию формирования планет. Многое указывает на то, что он и его коллеги правы.

По звездным меркам HL Tau еще очень молода: ее возраст по различным оценкам составляет от ста тысяч до одного миллиона лет. Расположена звезда на расстоянии 450 световых лет от Земли в созвездии Тельца. Изображение, полученное ALMA в октябре 2014 года, являлось результатом калибровки аппарата, то есть, фактически, было получено случайно. Никто из астрономов не ожидал получения изображения звезды HL Tau в подобном высоком качестве. Сейчас это лучший снимок звезды за всю историю наблюдений.




Система HL Tau. Кликабельно.

Даниэль, как и многие другие ученые, изначально был настроен скептически по отношению к идее о том, что изображение, захваченное ALMA, отражает раннюю стадию формирования планет в протопланетном диске. Мы знаем, что большие планеты в ходе своего формирования как бы «вырезают» кольца пустоты в газовом облаке вокруг звезды, однако, на снимках звезды HL Tau эти кольца расположены слишком близко друг к другу. На примере нашей солнечной системы, орбиты газовых гигантов находятся на огромных расстояниях друг от друга, что исключает серьезное гравитационное взаимодействие между ними.

Сначала Тамайо смоделировал подобную систему с газовыми гигантами размером с Сатурн и больше, однако результаты показали мощное гравитационное взаимодействие между планетами, которое привело бы к их сходу с орбит.


Модель не-резонансной системы.

Эти данные абсолютно не вписывались в картину, полученную при помощи ALMA. Исследователь не остановился на отрицательном результате и продолжил свою работу по моделированию. На этот раз была выбрана «резонансная» конфигурация звездной системы и изображение полученное Чилийской обсерваторией стало обретать смысл.


Модель резонансной системы.

Суть резонансной системы заключается в том, что планеты могут иметь орбиты, которые проходят очень близко друг к другу, или даже пересекаются в определенных местах, но скорость вращения планет вокруг светила такова, что они никогда гравитационно не взаимодействуют друг с другом. Яркий тому пример: планеты Плутон и Нептун нашей системы. Они имеют точку пересечения орбит, но вращаются вокруг звезды с такой скоростью, что на протяжении миллиардов лет никак друг на друга серьезно не влияли. Резонансная модель системы HL Tau, созданная Даниэлем Тамайо, отлично сочетается с изображением, полученным ALMA. Исходя из его предположений, даже если все пять планет имеют размеры Сатурна, при подобной конфигурации они могут оставаться стабильны.




На этом изображении сравниваются размеры Солнечной системы и протопланетарного диска системы HL Tau. Хоть исследуемая звезда и намного меньше нашей, диск HL Tau почти в три раза больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна. Кликабельно.

Благодаря исследованиям команды Тамайо, пустые кольца в протопланетном диске вокруг HL Tau, которые мы видим на снимке ALMA, могут являться свидетельством наличия планет. Но есть одно большое «НО». Расчеты при моделировании резонансной системы проводились с учетом гравитационного взаимодействия с протопланетным диском. Как только он рассеется, вся система гравитационного взаимодействия может «развалиться» и стать не-резонансной, как на первом видео. Вполне вероятно, что и другие системы прошли через подобное, так как орбиты многих планет имеют весьма похожие, эксцентричные орбиты. Наша же солнечная система, возможно, формировалась проще.

Источник: geektimes.ru/post/250120/