Протопланетные диски намного меньше, чем считалось
Многие протопланетные диски, в которых образуются новые планеты, намного меньше, чем считалось ранее. Используя большую миллиметровую/субмиллиметровую матрицу Atacama (ALMA), ученые Лейденской обсерватории (Нидерланды) рассмотрели 73 протопланетных диска в области Волчанки. Они обнаружили, что многие молодые звезды содержат небольшие газово-пылевые диски, размер некоторых из которых достигает 1,2 астрономических единиц. Исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, устанавливает важную связь между наблюдаемыми протопланетными дисками и экзопланетами.
За последнее десятилетие астрономы сфотографировали сотни протопланетных дисков вокруг молодых звезд с помощью мощных радиотелескопов на Земле, таких как ALMA. По сравнению с размерами нашей солнечной системы, многие из этих дисков простираются далеко за пределы орбиты Нептуна, нашей самой удаленной планеты. Кроме того, на большинстве дисков видны промежутки, где, как полагают, формируются планеты-гиганты. Исследования доктора философии Осмара М. Герра-Альварадо, постдока Марианы Б. Санчес и доцента Нинке ван дер Марел из Лейденской обсерватории показывают, что эти диски могут быть необычными.
С помощью ALMA исследователи сфотографировали все известные протопланетные диски вокруг молодых звезд в созвездии Волчанки, области звездообразования, расположенной примерно в 400 световых годах от Земли в южном созвездии Волчанки. Исследование показало, что две трети из 73 дисков небольшие, со средним радиусом в шесть астрономических единиц. Речь идет об орбите Юпитера. Радиус самого маленького из обнаруженных дисков составлял всего 0,6 астрономических единиц, что меньше орбиты Земли.
"Эти результаты полностью меняют наше представление о том, как выглядит "типичный" протопланетный диск", - говорит Гуэрра-Альварадо. "Только на самых ярких дисках, которые легче всего наблюдать, видны крупномасштабные разрывы, в то время как компактные диски без таких структур на самом деле встречаются гораздо чаще".
Оптимальные условия для суперземель
Маленькие диски были обнаружены в основном вокруг звезд с малой массой, их масса составляет от 10 до 50% массы нашего Солнца. Это наиболее распространенный тип звезд, обнаруженных во Вселенной.
"Наблюдения также показывают, что эти компактные диски могут иметь оптимальные условия для образования так называемых суперземель, поскольку большая часть пыли находится близко к звезде, где обычно находятся суперземли", - говорит Санчес. Она является постдоком Лейденской обсерватории и одним из авторов этого исследования. Суперземли - это скалистые планеты, подобные Земле, но с массой, в десять раз превышающей массу нашей планеты. Это также может объяснить, почему суперземли часто обнаруживаются вокруг звезд с низкой массой.
Более того, исследование предполагает, что наша Солнечная система сформировалась из большого протопланетного диска, который породил крупные газовые планеты, такие как Юпитер и Сатурн, но не Суперземлю. Считается, что суперземли являются наиболее распространенными типами планет во Вселенной.
Недостающее звено
Исследование устанавливает "недостающее звено" между наблюдениями за протопланетными дисками и наблюдениями за экзопланетами. "Открытие, что на большинстве малых дисков нет просветов, подразумевает, что у большинства звезд нет планет-гигантов", - говорит Ван дер Марел. "Это согласуется с тем, что мы наблюдаем в популяциях экзопланет вокруг взрослых звезд. Эти наблюдения напрямую связывают популяцию диска с популяцией экзопланет".
Предыдущие наблюдения ALMA с высоким разрешением в основном были сосредоточены на ярких дисках, которые часто намного больше. Для дисков меньшего размера измерялась только яркость, а не размер. Наблюдения с высоким разрешением могут быть более сложными, и было неясно, сможет ли ALMA получить изображение относительно тусклых дисков.
Для своего исследования ученые использовали наблюдения ALMA, сделанные в 2023 и 2024 годах, с максимально возможным разрешением 0,030 угловых секунд. Они также использовали архивные данные, чтобы впервые провести полный обзор диска с высоким разрешением, охватывающий всю область звездообразования.
Ван дер Марел говорит: "Исследование показывает, что мы долгое время ошибались в представлении о том, как выглядит типичный диск. Очевидно, мы предпочитали самые яркие и крупные диски. Теперь у нас наконец-то есть полный обзор дисков всех размеров".
