Радиообсерватория запечатлела вращение спиральных рукавов в протопланетном диске у звезды

Астрономы нашли в космосе немало планет-гигантов на удаленных орбитах, гораздо более широких, чем гигантов Солнечной системы. Например, в системе HR 8799 есть четыре гиганта на расстоянии от 20 до 70 астрономических единиц от звезды (астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца). Для сравнения, Нептун «летает» в 30 астрономических единицах от центра Солнечной системы. Причем, вероятно, таких удаленных гигантов гораздо больше, но нашим инструментам сложно «поймать» их из-за удаленности и тусклости.

Считается, что планеты вырастают из крупиц материи протопланетного диска, а затем набирают газовую оболочку из более легких элементов. В среднем протопланетные диски удерживаются в течение 10 миллионов лет после образования светила и потом рассеиваются. Этого времени должно хватать на образование массивных планет вблизи звезды, но не вдали от нее.

Альтернативный механизм образования планет — распад протопланетного диска на более насыщенные веществом области из-за внутренних гравитационных нестабильностей. Собственные силы притяжения в этих областях подталкивают материю к образованию «комков», из которых потом может вырасти ядро планеты. Один из самых явных признаков гравитационной нестабильности в диске — наличие спиральных рукавов.

Покрытые «сажей» планеты встречаются в космосе чаще водных миров Многие экзопланеты низкой плотности, которые принято считать «водными мирами», могут оказаться не такими уж богатыми на океаны. Скорее, они похожи по составу на кометы Солнечной системы, утверждают… naked-science.ru

Проблема в том, что спиральные рукава в протопланетных дисках могут возникать и по другим причинам. В частности, из-за уже сформировавшейся планеты или пролетающей рядом звезды-компаньона. «Рукав» может даже оказаться оптической иллюзией из-за тени, отброшенной внутренней областью диска.

По расчетам, отличить одни спирали от других можно по их движению, но на практике астрономам не удавалось найти спираль, которая указывала бы на собственную гравитационную нестабильность в диске. Наконец, им повезло. Об открытии ученые рассказали в статье для журнала Nature Astronomy.

Снимки спиральных рукавов в протопланетном диске у IM Волка, сделанные радиообсеравторией ALMA во моменты с октября 2017 года по март 2024 года / © Tomohiro C. Yoshida et al, Nature Astronomy (2025)

Объектом наблюдений стал протопланетный диск у звезды IM Волка в 517 световых годах от Земли. В 2018 году исследователи разглядели в диске спиральные рукава. Дальнейшие наблюдения показали, что на диск не падает тень, значит, рукава образованы либо каким-то телом, либо гравитационной нестабильностью в диске.

Авторы нового исследования изучали данные наблюдений, собранные радиообсерваторией ALMA на протяжении семи лет. Ученые показали, что спиральные рукава IM Волка движутся так, как должен двигаться диск на их орбите: чем дальше от звезды, тем медленнее. Если бы их образовала сформировавшаяся планета или пролетающая звезда, они следовали бы движению этого тела со скоростью, характерной для его орбиты. Значит, спиральные рукава в диске IM Волка сформировались сами собой.

Астрономы объяснили появление удаленных планет-гигантов подобных гипотетической Девятой планете Сформировавшиеся планеты нередко мигригруют по молодой системе, взаимодействуя друг с другом. Если в этом «танце» крупная планета отлетает слишком далеко, она должна покинуть «семью». Тем не менее,… naked-science.ru

Открытие добавляет веса гипотезам о формировании планет-гигантов вдали от звезды. Ученые продолжат наблюдать за IM Волка. Авторы новой работы назвали систему «отличной лабораторией для изучения протопланетных дисков и формирования планет». Возможно, им удастся засечь зачатки гигантской планеты в толще одного из рукавов.