Астрономы при помощи радиотелескопа ALMA обнаружили свидетельства действия гравитационной нестабильности в протопланетном диске у молодой звезды АВ Возничего. Это говорит о том, что подобный механизм действительно может порождать планеты в спиральных рукавах массивных дисков, причем протекать он может относительно поздно после рождения звезды. Статья опубликована в Nature.
Механизм гравитационной нестабильности рассматривается как альтернатива идее аккреции вещества протопланетного диска на твердое ядро в контексте формирования массивных планет, таких как газовые гиганты. Предполагается, что если диск массивен (более десятой части массы родительской звезды), то он будет неустойчив, и в спиральных рукавах могут протекать гравитационные коллапсы плотных облаков в планеты. Однако этот процесс трудно отследить, так как требуются наблюдения с высоким разрешением за движением газа у молодых звезд с подходящими протопланетными дисками.
АВ Возничего — юная (2,5–4,4 миллиона лет) звезда типа Хербига Ae массой около 2,4 массы Солнца, которая находится в 520 световых годах от Солнца. Вокруг нее наблюдается обширный (несколько сотен астрономических единиц) протопланетный диск, в котором заметны семь спиральных структур, а также кандидат в протопланету, который мог сформироваться за счет гравитационной нестабильности в диске.
Группа астрономов во главе с Джессикой Спиди (Jessica Speedie) из Университета Виктории сообщила, что обнаружила новые доказательства действия механизма гравитационной нестабильности в диске у АВ Возничего. Ученые анализировали движение потоков газа в диске путем наблюдений за ним в линиях угарного газа при помощи наземной системы радиотелескопов ALMA. Дополнительно они использовали данные наблюдений приемника SPHERE, установленного на телескопе VLT, который, регистрируя рассеянное излучение, позволял отслеживать распределение пыли в диске. Данные наблюдения ALMA сравнивались затем с результатами моделирований процессов в диске при помощи метода гидродинамики сглаженных частиц.
Исследователи заметили особенности в кинематике газа во внутренней части диска, которые в моделированиях и теоретических расчетах интерпретируются как признаки гравитационной нестабильности. Они выглядят как участки синусоидального распределения скоростей газа, подобные колебания скоростей порождаются локальными минимумами гравитационного потенциала в спиральных рукавах, где идет сжатие газа под действием собственных сил гравитации.
По расчетам, масса диска, находящемся в неустойчивом режиме, составляет около 0,1–0,3 массы звезды, в зависимости от времени охлаждения диска. Если масса диска была бы меньше, то спиральных рукавов было бы еще больше, и они были бы плотнее. Обнаружение гравитационной нестабильности в диске у АВ Возничего говорит не только о том, что этот механизм действительно способен создавать планеты в спиральных рукавах, но и то, что этот механизм может работать на относительно поздних стадиях эволюции молодой звезды.
Это не первое наблюдательное подтверждение механизма образования планет за счет гравитационной нестабильности — ранее он наблюдался в диске звезды V960 Единорога.