Вихревое облако пыли и газа на расстоянии более 530 световых лет от нас – не просто красивая картинка. Это шаг к лучшему пониманию процесса роста сгустков вещества до планет. Астрономы получили новые изображения протопланетного диска в ближнем инфракрасном диапазоне около молодой звезды AB Aurigae. На снимке видны спиральные возмущения в вихре, которые вызваны формированием планет из пыли и газа. Гидродинамические модели предсказывали в процессе аккреции появление внутренней и внешней спиральной структуры, вызванной резонансом Линдблада из-за взаимодействия диска с планетой. Однако до сих пор модели были лишь теоретическими выкладками. Новые изображения – лучшие доказательства этого процесса.
В протопланетном диске сначала электростатические силы объединяют крошечные частицы материала. По мере увеличения частиц возникает гравитационное взаимодействие, которое создает более плотный компактный объект. Во время этого процесса частицы пыли вокруг формирующейся планеты возмущаются, их орбиты становятся эллиптическими, возникает колебание между самой близкой и самой дальней точками. Если это колебание кратно орбитальному периоду частицы, возникает резонанс, называемый резонансом Линдблада, который и генерирует спиральную структуру. Считается, что этот резонанс, например, ответственен за спиральную форму многих галактик. Похожая физика наблюдалась и на меньших масштабах – в кольцах Сатурна. Наблюдаться она должна и при формировании планет.
Однако наблюдения за протопланетными дисками не так просты – часто они затмеваются ярким светом звезды-хозяйки, детали различить сложно. Но AB Aurigae оказалась исключением. Это одна из самых близких к нам молодых звезд – ей менее 10 миллионов лет, и она имеет толстый протопланетный диск. В 2017 году обсерватория ALMA обнаружила признаки наличия спиральных структур, но детализации не хватало. Поэтому астрономы использовали инструмент SPHERE на телескопе VLT в Чили. Были проведены высококонтрастные наблюдения AB Aurigae в ближнем инфракрасном диапазоне в декабре 2019 года и январе 2020-го.
Это позволило получить самые детальные снимки звезды и ее протопланетного диска, в котором обнаружились искомые спиральные образования, свидетельствующие о происходящем процессе формирования планет. Четкие признаки формирования планеты наблюдаются на расстоянии, которое примерно равно дистанции между Нептуном и Солнцем. Пока трудно измерить точный размер образующейся планеты. Но расчеты показывают, что она должна иметь массу от 4 до 13 масс Юпитера. Эти исследования делают AB Aurigae очень перспективной системой для изучения ее более мощными телескопами в будущем.
