Ученые поставили под сомнение существующие модели рождения планет

Облако молекулярного газа может коллапсировать, рождая молодую протозвезду, окруженную вращающимся диском газа и пыли — колыбелью будущих планет. Появляясь, они расчищают пространство на своем пути, собирая и накапливая вещество, и в протопланетном диске их можно различить как широкие разреженные полосы — гэпы. Этот процесс развивается довольно стремительно, и моделирование показывает, что газовые гиганты, подобные Юпитеру, формируются за какие-то 10 миллионов лет.

Впрочем, у многих специалистов возникают сомнения в точности такой модели. Об этом сообщается и в новой статье ученых из Института астрономии Общества имени Макса Планка, опубликованной в онлайн-библиотеке препринтов ArXiv.org.

В самом деле, пока что единственным примером звезды с протопланетным диском, в просветах которого можно различить молодые экзопланеты, остается система PDS 70, наблюдения которой были проведены в 2018 году. При этом гэпы без признаков будущих планет обнаруживаются куда чаще — в протопланетных дисках самого разного возраста, от 500 тысяч до 10 миллионов лет. Все это заставляет сомневаться, что такие просветы обязательно связаны с ростом планет.

Авторы новой статьи провели моделирование динамики протопланетных дисков и роста в них планет. Полученные результаты они сравнили с реальными данными прошлых наблюдений 20 таких объектов, которые были проведены с помощью телескопа ALMA. Совпадения не получилось: например, существующие модели предсказывают, что внешние области диска должны иметь массу не менее 2000 масс Земли для того, чтобы здесь стартовало формирование планет, способных расчищать свою орбиту от пыли. Однако такое количество — большая редкость у молодых звезд.

Кроме того, расчеты предсказали, что такие протопланеты должны вырастать в газовых гигантов на очень далеких орбитах, находящихся от звезд дальше, чем Уран — от Солнца. Они должны сравнительно легко наблюдаться с помощью современных инструментов. Однако более чем из 4000 уже известных экзопланет таких объектов практически нет.

Все это заставляет авторов работы в очередной раз поднять вопрос о том, насколько в действительности связаны просветы протопланетных дисков с формированием планет. Возможно, в их газопылевом веществе развиваются пока невыясненные физические процессы, приводящие к появлению гэпов. Например, они могут возникать в результате конденсации веществ разной массы и плотности, происходящей на разном удалении от звезды.

Впрочем, возможно, проблема не в модели, а в нехватке наблюдательных данных. Пока что телескопы исследовали не так много протопланетных дисков, и в большинстве своем они выделяются большими размерами и яркостью. Возможно, в будущем наблюдения массы других молодых систем подтвердят, что расчеты верны, а их просветы, как правило, связаны с новыми планетами.