Аннотация
Группа японских астрономов получила убедительные доказательства формирования гигантской планетарной системы вокруг молодой звезды по наблюдениям с помощью массива больших миллиметров/субмиллиметров Atacama (ALMA). Этот результат оказывает преобразующее воздействие на теории формирования планеты и дает нам представление о происхождении широкого спектра планетарных систем.
Эта область находится далеко от центральной звезды, примерно в 5 раз больше, чем расстояние между Солнцем и Нептуном. Это первое неопровержимое доказательство образования планеты, обнаруженное так далеко от центральной звезды в протопланетарном диске. Исследовательская группа планирует дальнейшие наблюдения HD142527 с ALMA для более тщательного изучения, а также другие прото-планетарные диски, чтобы иметь полное представление о формировании планеты в целом.
Звездочка младенца окружена кольцом из пыли (1) и газа, который будет являться составным материалом планет. Недавние наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне (2) с телескопом NAOJ Subaru показали, что прото-планетарные диски имеют гораздо более сложные структуры, чем мы ожидали. Считается, что спиральные или щелевые структуры связаны со скрытыми планетами на диске. Однако, невозможно измерить количество пыли и газа в самой плотной части диска с помощью наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне. Поскольку ближний инфракрасный свет легко поглощается или рассеивается большим количеством пыли, он не подходит для наблюдения за самой внутренней частью плотной области диска.
Затем ключом к решению станут миллиметровая и субмиллиметровая волны (3), которые можно будет наблюдать с помощью ALMA. Миллиметровая/субмиллиметровая волна имеет большую длину волны, чем ближний инфракрасный свет, и плохо поглощается пылью, что позволяет астрономам заглянуть во внутреннюю часть диска. Низкое пространственное разрешение было слабым местом в наблюдениях миллиметров/субмиллиметров, но теперь оно значительно улучшено с помощью ALMA.
Наблюдения с ALMA
Исследовательская группа выбрала молодую звезду HD142527 в созвездии Волчанка (Волк) в качестве цели своих наблюдений ALMA. Своими предыдущими наблюдениями диска вокруг HD142527 с телескопом Subaru они обнаружили зазор внутри диска и необычную форму внешнего диска. ALMA обнаружила субмиллиметровое излучение от пылевого кольца вокруг звезды (4). Выбросы имеют неравномерное распределение, и северная сторона в 30 раз ярче слабой южной стороны. "Мы очень удивлены яркостью северной стороны, - сказал Мисато Фукагава, руководитель группы и доцент Университета Осаки. "Самая яркая часть субмиллиметровой волны находится далеко от центральной звезды, и расстояние между Солнцем и Нептуном в пять раз больше, чем расстояние между ними. Никогда не видел такого яркого узла в таком далёком месте.
Это сильное субмиллиметровое излучение можно интерпретировать как указание на то, что в этом положении скопилось большое количество материала. При накоплении достаточного количества материала здесь могут образовываться планеты или кометы. Чтобы исследовать эту возможность, мы измерили количество материала."
При расчете количества материала на основе субмиллиметровой прочности излучения важным параметром является температура материала. Группа оценила температуру в плотной области на основе наблюдений изотопомеров монооксида углерода. В результате команда достигла двух возможностей: образование газообразной гигантской планеты или скалистой планеты. Если изобилие пыли и газа сопоставимо с обычными условиями окружающей среды во вселенной (массовое соотношение пыли и газа 1 к 100), то плотная область достаточно массивна, чтобы привлечь большое количество газа за счет собственной гравитации и сформировать гигантские газообразные планеты, в несколько раз более массивные, чем Юпитер.
- Хотя это похоже на процесс образования звезд в космических облаках, возможность такого процесса образования планеты впервые была прямо предложена наблюдениями протопланетных дисков.
Другой возможностью является образование "пылеулавливателя", в котором содержание пыли исключительно выше, чем в остальной части диска (5). Если пылеулавливатель образуется в диске, то могут образовываться земные каменистые планеты, небольшие тела, такие как кометы, или ядра газообразных планет. В обоих случаях весьма вероятно, что планеты формируются в плотной части диска около HD142527.
Теоретически основы упомянутых выше процессов формирования двух планет были предсказаны более 30 лет назад. Астрономы предполагают, что формирование нашей Солнечной системы началось с столкновения и слияния огромного количества пыли, затем концентрация пыли вырастет в несколько ядер планет (протопланет), и эти ядра через многочисленные столкновения и коалесценции превращаются в планеты. Некоторые керны улавливают массивную атмосферу и образуют газообразные гиганты. Считалось, что оба процесса происходят близко к центральной звезде (вокруг орбиты Юпитера и Сатурна) в планетарных системах, похожих на нашу Солнечную систему, но новые результаты ALMA подрывают это традиционное предположение.
Мунетаке Момоузе, член команды и профессор университета Ибараки, говорит: "Прямое знакомство с местом образования планеты - одна из важнейших целей ALMA. Наши наблюдения успешно обнаружили уникального кандидата в неожиданно удаленном от центральной звезды месте. Я верю, что ALMA принесет нам более удивительные результаты."
Перспективы на будущее
Исследовательская группа обнаружила две возможности в процессе формирования планеты, который происходит на диске около HD142527. Следующим шагом будет точное измерение количества газа для определения того, какой процесс будет задействован. Группа будет продолжать подробные наблюдения с использованием АЛМА с улучшенными возможностями. Фукагава говорит: "HD142527 - это особенный объект, насколько нам известно. Однако с начала научной операции ALMA были обнаружены и другие асимметричные прото-планетарные диски.
Нашей конечной целью является выявление основных физических процессов, контролирующих образование планет. Для достижения этой цели важно получить полное представление о формировании планеты путем наблюдения за многими прото-планетарными дисками. Мы надеемся стать частью этого великого начинания."
