Обнаружен новый путь формирования планет: гравитационный коллапс

Новый способ формирования планет может объяснить образование больших планет на больших расстояниях от звезд

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) сделали важное открытие в области формирования планет. В новой статье, опубликованной в журнале Nature, профессор Ричард Тиг и его коллеги сообщают о доказательствах того, что движение газа, окружающего звезду AB Возничего, ведёт себя так, как и следовало ожидать в гравитационно нестабильном диске, что соответствует численным прогнозам.

Экзопланеты формируются в протопланетных дисках, скоплении космической пыли и газа, вращающихся вокруг звезды. Ведущая теория формирования планет, описывает процесс аккреции ядра, которое происходит, когда частицы пыли в диске собираются и накапливаются, образуя планетарное ядро. Как только оно обретает достаточно сильное гравитационное притяжение, другой материал сжимается вокруг него, образуя атмосферу.

Однако существует альтернативная теория формирования планет — гравитационный коллапс. В этом сценарии сам диск становится гравитационно нестабильным и коллапсирует, образуя планету. Этот процесс требует, чтобы диск был массивным, и до недавнего времени не было известных жизнеспособных кандидатов для наблюдения.

Исследователи провели наблюдения за звездой AB Возничего и обнаружили, что движение газа в её протопланетном диске соответствует численным прогнозам гравитационной нестабильности. Это открытие указывает на то, что гравитационный коллапс является жизнеспособным методом формирования планет.

«Было много наблюдений, которые предполагали некоторую интересную динамику, происходящую в системе. Группы видели спиральные рукава внутри диска, обнаруживали горячие точки, которые некоторые интерпретировали как планету. Другие объясняли это какой-то другой нестабильностью. Но это был действительно диск, и мы знали, что там происходит много интересных событий», — сказал профессор Тиг.

Гравитационная нестабильность возникает, когда гравитация самого диска достаточно сильна, чтобы возмущать движения внутри диска. Обычно гравитационный потенциал центральной звезды доминирует, но когда масса диска становится слишком большой, гравитационный потенциал начинает влиять на него разными способами, приводя в движение большие спиральные рукава в диске.

Эти спиральные рукава могут иметь различные эффекты, такие как удержание газа, нагревание его и быстрый перенос углового момента внутри диска. Если диск нестабилен, то он может фрагментироваться и коллапсировать напрямую, формируя планету за очень короткий промежуток времени.

Это открытие имеет важные последствия для понимания формирования планет. Аккреция ядра является ведущей теорией формирования планет, но она не может объяснить образование больших планет, находящихся далеко от их звёзд. Гравитационный коллапс оказался жизнеспособным альтернативным путём формирования таких планет.

«Это показывает, что альтернативный путь формирования планет через прямой коллапс — это способ, которым могут формироваться планеты. Это особенно важно, потому что мы находим все больше и больше свидетельств очень больших планет, с массой Юпитера или больше, которые находятся очень далеко от своей звезды», — говорит профессор Тиг.

Учёные надеются, что их открытие поможет лучше понять процесс формирования планет и образование различных типов планетных систем. Это исследование также подчёркивает важность дальнейших наблюдений и исследований гравитационной нестабильности в протопланетных дисках.