Астрономия

Формирование планет начинается не с планетезималей, а с первых твердых частиц в протопланетном диске. С помощью радиотелескопов ALMA и космического телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы впервые засекли крупицы минералов в горячем газе у далекой молодой звезды.

HOPS-315 — протозвезда класса I, расположенная в молекулярном облаке Орион-B, примерно в 1,37 тысячи световых лет от нас. Ее окружает «кокон» из пыли и газа, в котором сформировался газовый диск. Звезда продолжает накапливать массу, вытягивая вещество из диска. Из-за аккреции этот диск сильно нагрет.

По расчетам ученых, температура в таком аккреционном диске может достигать очень высоких значений, достаточных для превращения пыли в молекулярный и атомный газ. Происходит «перезагрузка» ее состава, меняется соотношение молекул разных веществ.

В переходной области диска, где температура ниже, конденсируются сперва самые огнеупорные минералы, богатые кальцием и алюминием (CAIs), а следом форстерит и энстатит (AOAs). В их составе есть оксид кремния — одно из основных соединений, которые астрономы ищут в протопланетных дисках, ведь это ключевой компонент большинства горных пород. Первые километровые планетезимали в Солнечной системе образовались через 100-300 миллионов лет после начала конденсации таких крупиц.

Ученые восстановили историю формирования «кирпичиков» планетезималей по древним метеоритам. В них встречаются первые твердые крупицы, сформировавшиеся в Солнечной системе в окрестностях современной Земли. При этом в дисках у молодых звезд исследователи хоть и находили крупицы этих минералов, но «неправильных» по структуре, сформировавшихся явно в других условиях в межзвездном пространстве. Наконец, ученым повезло.

В диске у молодой протозвезды HOPS-315 астрономы обнаружили доказательства «перезагрузки» вещества — начало конденсации минералов. Наличие крупиц минералов уловил космический телескоп «Джеймс Уэбб». Для более детального изучения структуры диска ученые задействовали комплекс радиотелескопов ALMA.

Исследователи подтвердили, что вблизи HOPS-315 оксид кремния присутствует и в газообразном состоянии, и в составе минералов. Получается, в системе как раз недавно (по космическим меркам) начался процесс формирования твердых крупиц. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

«Мы действительно видим эти минералы в той области внесолнечной системы, где встречаем их в составе астероидов в Солнечной системе», — объяснил соавтор исследования Логан Франсис из Лейденского университета (Нидерланды).

С помощью ALMA ученые выявили область аккреционного диска, где протекает турбулентный процесс плавления и конденсации. Она занимает расстояние от одной до трех астрономических единиц от HOPS-315 — то есть от Земли до Пояса астероидов в Солнечной системе. Это исследование подтвердило догадку, что разогретая область аккреционного диска играет большую роль в формировании первых минералов.

По всем спектральным признакам вблизи HOPS-315 действительно протекает процесс образования первых твердых «кирпичиков» будущих планет. Более того, как отметили авторы исследования, формирование планетезималей могло уже начаться, судя по обилию кремния и углерода в джете звезды.

По сути, с помощью HOPS-315 ученые наблюдают начало формирования планет Солнечной системы. Конечно, исследователям повезло, что система HOPS-315 расположена под подходящим углом для наблюдений за структурой диска. Они планируют продолжить изучение физических и химических условий первых этапов формирования планет. И будем надеяться, что удастся «поймать» еще несколько удачных молодых систем, подобных HOPS-315.