Астрономы зафиксировали уничтожение протопланетного диска ультрафиолетом

Проплид, или протопланетный диск, — это начальная стадия формирования любой планеты. И газовый гигант, и планета земной группы в начале эволюционного пути представляют плотное (по сравнению с окружающей средой) газопылевое облако, плотность которого увеличивается под действием гравитационных сил. В таком состоянии планетезимали находятся от одного до трех миллионов лет, пока они не образуют протопланету.

Проплид d203-506 в созвездие Ориона должен был пройти этот путь развития, однако звезды, под действием которых образовался d203-506, тормозят процесс его формирования. Ультрафиолетовое излучение, исходящие от звезд, создает на поверхности диска область фотодиссоциации (ионизированную область), температура которой со временем растет. Газ под действием ультрафиолета покидает диск, что ведет к разрушению протопланетного диска.

В созвездии Ориона d203-506 получает ультрафиолетовое излучение не только от ближайших звезд, но и от более дальних и массивных. Недавно астрономы опубликовали новое исследование в Science, где оценили масштаб влияния ультрафиолетового излучения с относительно большой длиной волны (около 280 нанометров) на протопланетный диск d203-506 и выдвинули гипотезу о формировании Солнечной системы.

Команда исследователей использовала данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» в инфракрасном диапазоне и радиотелескопа ALMA для изучения протопланетных дисков в созвездии Ориона. Астрономы выяснили, что при покидании газом области фотодиссоциации образуется фронт ионизации. Построение моделей подобных фронтов помогло исследователям определить скорость изменения массы диска.

По данным авторов исследования, скорость потери массы дисков в созвездии Ориона составляет от 10^–8 до 10^–6 солнечных масс в год. Что касается нагрева протопланетного диска d203-506, то в области фотодиссоциации температура составила 10 тысяч кельвинов (около 9727 градусов Цельсия) в отличие от не ионизированных областей, где температура достигает максимум 1000 кельвинов. Исследователи сделали вывод, звезды не только тормозят формирование планет из-за ультрафиолетового излучения с длинной волны около 280 нанометров, но пытаются препятствовать их разрушению, удерживая газ в пределах диска за счет гравитационного поля.

Теоретические модели исследователей показывают, что излучение с интенсивностью G0 ≳500 (G0 — отношение ультрафиолетового излучения звезды к среднему значению в межзвездной среде) подавляют образование планет-гигантов вокруг звезд по массе равными половины солнечной или меньше. Для звёзд с массой менее 0,3 солнечной и интенсивностью излучения G0 < 10 000 истощение протопланетного диска произойдет уже через 130 тысяч лет.

«Исследования Солнечной системы показывают, что она сформировалась в звездном скоплении, содержащем одну или несколько массивных звезд, поэтому планеты в системе могли подвергнуться воздействию ультрафиолетового излучения с длиной волны около 280 нанометров», — делают вывод авторы исследования.

Новая работа может объяснять, почему в системах красных карликов количество планет-гигантов мало. Ультрафиолетовое излучение подавляет формирование крупных планет в окрестностях звезды. Если же гигантские планеты в подобных системах и возникают, то лишь на большом расстоянии от звезды-хозяина, и могут затем мигрировать к звезде. (сценарий горячего Юпитера)