Приблизно 5 мільярдів років тому Земля перебувала у процесі формування. Газ і пил скупчувалися в протопланетному диску молодого Сонця, ймовірно, трохи підштовхнуті резонансним гравітаційним тяжінням Юпітера та інших великих планет. Можна уявити, що коли Земля сформувалася, вона очистила свою орбіту від залишків речовини, залишивши щілину в диску, видиму з відстані кількох світлових років. Ми знаємо: ця історія досить точна, але ідея про те, що такі планети, як Земля, завжди очищають прогалини в протопланетному диску, ймовірно, не є такою.
Десятиліттями ідея формування планет з речовини протопланетних дисків навколо молодих зір знаходить підтримку завдяки зображеннями дисків з низькою роздільною здатністю навколо таких зірок, як Фомальгаут. Газ і пил, що оточують молоді зорі, часто холодні та неяскраві. Це ускладнює дослідження. Але передові радіотелескопи, такі як ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), вже дали змогу отримати докладні зображення цих дисків. Багато з них мають проміжки у вигляді кільця, головно вільні від речовини, і в деяких з цих прогалин видно протопланети. Отже, загальний консенсус полягає в тому, що прогалини в диску вказують на наявність планет, навіть якщо ми не можемо спостерігати їх прямо. Але нове дослідження показує — все набагато складніше.
Протопланетний диск навколо молодої зорі HL Тельця на зображенні від Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA). ALMA виявляє деякі субструктури в диску, як-от прогалини, де можуть формуватися планети, але важко точно виміряти кількість пилу в диску. Авторські права на зображення: ESO/ALMA. Фото з сайту www.universetoday.com.
Наукова група створила комп’ютерну модель N-тіл ранніх дисків, у яких 3—7 протопланет взаємодіють із газом, пилом і дрібними камінцями всередині диска. Модель достатньо складна. Вона дає змогу слідкувати не лише за тим, як ці планети накопичують речовину та ростуть, але й за тим, як змінюються (мігрують) орбіти планет через гравітаційну взаємодію, і як взаємодії з диском можуть змінити форму орбіти або її орієнтацію відносно диска. Науковці змоделювали протопланетні системи протягом 100 мільйонів років, що достатньо, щоб вивчити, як планети можуть розміститися на стабільних орбітах.
Однією з речей, які виявили дослідники, було те, що в молодому диску 5—7 протопланет швидко розвивають нестабільні орбіти. Симуляції показали, що стабільна орбіта існує протягом 40 000 років, що є миттю в космічному масштабі. Планетам знадобиться набагато більше часу, щоб пробити щілину в диску. Це означає, що там, де ми бачимо 5 або більше прогалин у протопланетному диску, усі вони не можуть бути очищені планетами. Цілком можливо, що кільця спричинені орбітальними резонансами великої планети, подібно до того, як Юпітер запобіг формуванню планети у поясі астероїдів.
Ще одне відкриття полягало в тому, що орбіти планет можуть мігрувати та різко зміщуватися, що знову ж таки не дасть їм звільнити свій орбітальний шлях. Малі планети, ймовірно, проводять свої перші дні, пересуваючись диском хаотично. Наша молода Земля, ймовірно, істотно мігрувала під час свого формування і більшу частину часу була прихованою серед газу та пилу, а не видимою в щілині. Це означає, що ми не часто побачимо планети, схожі на Землю, які формуються в протопланетному диску, бо ми не можемо виділити їх із загального світла диска.
Усе це означає, що ми не можемо встановити простий зв’язок між кількістю та розміром проміжків, які спостерігаємо в ранніх протопланетних дисках, і кількістю та розподілом екзопланет, які ми бачимо в розвинених зоряних системах. Формування планет — це складний танець, і, хоча ми знаємо деякі кроки, нам ще багато чому треба навчитися.
За інф. з сайту www.universetoday.com
