Новые наблюдения за молодым звездным объектом Элиас 2-27 подтверждают, что гравитационные нестабильности и масса протопланетного диска являются ключом к образованию планет-гигантов.
Группа ученых, использующая Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) для изучения молодой звезды Элиас 2-27, подтвердила, что гравитационные нестабильности играют ключевую роль в формировании планет, и впервые напрямую измерила массу протопланетных дисков с помощью газа. данные о скорости, потенциально решая одну из загадок формирования планет. Исследование было опубликовано в двух статьях в The Astrophysical Journal.
Протопланетные диски — планетарные диски из газа и пыли, окружающие только что образовавшиеся молодые звезды — известны ученым как места рождения планет. Однако точный процесс формирования планет остается загадкой. Новое исследование, проведенное проф. Тереза Панеке-Карреньо, ведущий автор первой из двух работ, сосредоточена на разгадке тайны формирования планет.
В ходе наблюдений ученые подтвердили, что звездная система Элиас 2-27 — молодая звезда менее чем в 400 световых годах от Земли в созвездии Змееносца — демонстрирует признаки гравитационной нестабильности, возникающие, когда протопланетные диски несут большую часть звездной массы системы.
Уникальные особенности Elias 2-27 сделали его популярным среди ученых, использующих ALMA уже более полувека. В 2016 году группа ученых с помощью ALMA обнаружила спирали пыли, вращающиеся вокруг этой молодой звезды. Считалось, что эти спирали являются результатом волн плотности, которые, как известно, формируют узнаваемые спиральные рукава галактик, таких как Млечный Путь , но в то время никогда раньше не наблюдались вокруг отдельных звезд.
В 2016 году мы обнаружили, что диск Элиаса 2-27 имеет структуру, отличную от других уже изученных систем, что ранее не наблюдалось в протопланетном диске: два крупномасштабных спиральных рукава. Гравитационная нестабильность была вполне вероятной, но происхождение этих структур оставалось загадкой, и нам нужно было больше наблюдений , — сказала Лаура Перес, доцент Чилийского университета и главный научный сотрудник исследования 2016 года. Вместе с коллегами она предложила продолжить исследования нескольких диапазонов ALMA, которые были проанализированы Панеке-Карреньо в рамках ее диссертации в Чилийском университете.
В дополнение к подтверждению гравитационной нестабильности ученые обнаружили возмущения в этой звездной системе, превышающие теоретические ожидания. Панеке-Карреньо сказал, что все еще может быть новая материя из окружающего молекулярного облака , падающего на диск, что делает все более хаотичным , добавляя, что этот хаос способствовал интересным явлениям, которые никогда не наблюдались ранее и для которых у ученых нет понимания. понятное объяснение. Звездная система Элиас 2-27 имеет сильно асимметричную газовую структуру. Это было совершенно неожиданно, и мы впервые наблюдаем такую вертикальную асимметрию в протопланетном диске.
Кассандра Холл, доцент кафедры вычислительной астрофизики в Университете Джорджии и соавтор исследования, добавила, что подтверждение как вертикальной асимметрии, так и возмущения скорости — первого крупномасштабного возмущения, связанного со спиральной структурой в протопланетном диске — может имеют важное значение для теории образования планет. Это может быть признаком гравитационной нестабильности, которая может ускорить некоторые из самых ранних стадий формирования планет. Мы впервые предсказали эту сигнатуру в 2020 году, и с точки зрения вычислительной астрофизики очень приятно оказаться правыми.
Одним из препятствий для понимания формирования планет было отсутствие прямых измерений массы протопланетных дисков. Эта проблема была решена в новом исследовании. Высокая чувствительность ALMA позволила команде более тщательно исследовать динамические процессы, плотность и даже массу диска. Предыдущие измерения массы протопланетного диска были косвенными, основанными только на пыли или редких изотопологах. «Благодаря этому новому исследованию мы теперь чувствительны ко многим дискам », — сказала Бенедетта Веронези, ведущий автор второй статьи.Это открытие закладывает основу для разработки метода измерения массы диска, который позволит нам преодолеть один из самых больших и серьезных барьеров на пути формирования планет. Знание количества массы, присутствующей в протопланетных дисках, позволяет нам определить количество материи, доступной для формирования планетарных систем, и лучше понять процесс их формирования.
Хотя команда ответила на некоторые ключевые вопросы о роли гравитационной нестабильности и массы диска в формировании планет, работа еще не завершена. Изучать, как формируются планеты, сложно, потому что этот процесс занимает миллионы лет. Это очень короткий срок для звезд, живущих миллиарды лет, но для нас это очень долгий процесс , — сказал Панеке-Карреньо.Что мы можем сделать, так это наблюдать молодые звезды с дисками из газа и пыли вокруг них и попытаться объяснить, почему эти диски материи выглядят именно так. Это как смотреть на место преступления и пытаться угадать, что произошло. Наш наблюдательный анализ в сочетании с будущим углубленным анализом Elias 2-27 позволит нам точно охарактеризовать, как гравитационные нестабильности работают в протопланетных дисках, и получить больше информации о том, как формируются планеты.
