Астрономы объяснили отсутствие планет у колец в околозвездных дисках

Молодые звезды окружены вращающимися облаками газа и пыли, в которых часто удается различить кольца — свидетельства формирования планет. Однако заметить сами планеты практически никогда не получается. Новая работа японских астрофизиков объясняет это миграциями планет на новые орбиты. Статья Кацухиро Канагавы (Kazuhiro Kanagawa) и его коллег опубликована в The Astrophysical Journal.

Вещество, оставшееся после формирования звезды, образует газопылевой диск, который вращается вокруг молодого светила, подсвечиваясь и нагреваясь его излучением. Впоследствии из этого материала образуются планеты. Двигаясь сквозь протопланетный диск, будущая планета растет, расчищая пространство вдоль своей орбиты. Так в диске появляется сравнительно пустой «пробел», брешь. У его внешнего края накапливаются относительно крупные частицы, образуя кольцевидную структуру.

Современные телескопы способны наблюдать эти кольца в протопланетных дисках далеких звезд. Однако заметить связанные с ними планеты удается крайне редко. Новая работа ученых из японской Национальной астрономической обсерватории связывает это с миграцией планет на новые орбиты. Моделирование, проведенное с помощью мощнейшего на сегодня «астрономического» суперкомпьютера ATERUI II, показало, что при определенной плотности и вязкости вещества в протопланетном диске кольцо остается на месте, не смещаясь вместе с создавшей его планетой.

Расчеты показали, что процесс развивается в три этапа. На первом планета смещается ближе к звезде, а ее кольцо остается на месте. На втором этапе кольцо, уже не испытывая прежнего влияния гравитирующей планеты, постепенно распадается, и начинается образование кольца на новой орбите. Наконец, третий этап связан с окончательным рассеянием первого кольца и формированием второго.

Результаты моделирования хорошо согласуются с данными наблюдений. Авторы рассмотрели изображения кольцевых структур в газопылевых дисках далеких звезд, полученные с помощью массива радиотелескопов ALMA, и показали, что среди них легко обнаруживаются кольца, соответствующие каждому из трех этапов гибели кольца. При этом связанные с ними планеты находятся на других орбитах и остаются невидимыми.