Крупные зародыши планет могут формироваться почти сразу после появления протопланетного диска, рассказывают астрономы в статье, принятой к публикации в Astronomy&Astrophysics. Как сообщается в пресс-релизе Российского научного фонда, поступившем в редакцию N+1, открытие позволит лучше понять процессы, происходящие при формировании экзопланет, а также объяснить, как формируются суперземли.

Астрономам до сих пор до конца не ясно, как формируются разные типы планет. Достоверно известно, что на начальном этапе вокруг молодой звезды образуется протопланетный диск из космической пыли и газа. Дальнейшие процессы, предшествующие формированию небесного тела, до сих пор вызывают споры. Одни ученые считают, что крошечные частицы пыли соединяются в более крупные объекты, а затем превращаются в зародыши планет — планетезимали. Если такой объект притянет к себе много газа, он превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет — в каменистую планету, как Земля. Однако это медленный процесс и есть вероятность, что газ рассеется еще до формирования газового гиганта. Другие исследователи утверждают, что газовые гиганты возникают в результате внезапных коллапсов в наиболее плотных и холодных областях протопланетного диска. Этот процесс в миниатюре копирует процесс формирования звезд. Сегодня наиболее привлекательной считается первая теория, однако она не способна объяснить все разнообразие наблюдаемых экзопланет. Поэтому астрономы пытаются создать сценарий, который бы мог точно объяснить происходящие в протопланетном диске процессы.

Группа астрономов под руководством Эдуарда Воробьева, научного сотрудника Венского технического университета (Австрия) и Южного федерального университета (Россия), предложила новое объяснение механизма формирования планет. Для этого исследователи проанализировали
эволюцию молодых звезд. Ранее считалось, что рост пылевых частиц идет медленно и
формирование планет начинается в дисках возрастом около миллиона лет. Однако исследователи показали, что эти процессы начинаются намного раньше, почти одновременно с
образованием диска и самой звезды.

Чтобы проследить процесс роста частиц пыли и
формирования планеты на ранних стадиях развития, ученые использовали метод гидродинамического моделирования. Он предполагает, что околозвездные газ и пыль
можно рассматривать как сжимаемую жидкость и применить к ее описанию
стандартные уравнения гидродинамики. Симуляция начиналась с гравитационного коллапса молекулярного облака и рождения звездного ядра с массой примерно равной солнечной. За этим следовало образование звезды и протопланетного диска, состоящего из частиц двух типов — более одного микрометра и менее одного микромента.

Моделирование показало, что протопланетный диск растет крайне быстро — масса входящих в него частиц достигает десятков и даже сотен земных масс еще до того, как звезда перейдет на следующую стадию эволюции и превратится в переменную T Тельца (если расстояние от светила больше одной астрономической единицы). Пыль, сравнимая по размеру с бактериями (менее 1 микрометра), может в
результате слипания превратиться в метровый валун уже спустя сто тысяч лет после образования звезды.
Валуны, общая масса которых превышает земную в несколько сотен раз, дрейфуют по
направлению к звезде, что облегчает процесс образования небесных тел на
небольшом расстоянии от светила. Именно в этих областях космический телескоп «Кеплер»
обнаружил многочисленные планеты, названных суперземлями из-за их
массы, превышающей массу Земли в несколько раз.

«Результаты нашего исследования позволят пересмотреть сложившийся взгляд на временную шкалу формирования планет у многочисленных звезд, подобных Солнцу», — комментирует Воробьев. Изучение процессов, происходящих при формировании экзопланет, также поможет ученым лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.

К 1 июня 2018 года достоверно подтверждено существование 3786 экзопланет. Недавно астрономы обнаружили систему, в которой находятся сразу три землеподобные планеты. Кроме того, ученым также удалось найти систему с тремя суперземлями, которые вращаются вокруг холодного карлика.

Кристина Уласович