Більшість протопланетних дисків виявились дуже малими

Астрономи Лейденської обсерваторії зробили важливе відкриття щодо розмірів протопланетних дисків. Вони вивчили 73 протопланетні диски в зореутворюючому регіоні Вовчка, розташованому за 400 світлових років від Землі. Більшість цих дисків виявилися набагато меншими, ніж передбачалося раніше. Це відкриття встановлює важливий зв’язок між спостережуваними протопланетними дисками та екзопланетами.

Зображення 73 протопланетних дисків у регіоні зореутворення Вовчка (два зображення містять подвійні зорі). Лише невелика частина дисків виходить за орбіту Нептуна, якщо порівнювати з нашою Сонячною системою. Більшість спостережуваних дисків невеликі і не мають структур, таких як щілини чи кільця.

Протягом останнього десятиліття астрономи сфотографували сотні протопланетних дисків навколо молодих зірок. Багато з цих дисків простягаються далеко за межі орбіти Нептуна. Проте нове дослідження виявило, що такі великі диски не є типовими для більшості зірок.

Використовуючи потужний радіотелескоп ALMA, дослідники виявили, що дві третини вивчених дисків є малими. Їхній середній радіус становить лише шість астрономічних одиниць, що приблизно відповідає орбіті Юпітера. Найменший виявлений диск мав радіус усього 0,6 астрономічних одиниць – менше орбіти Землі.

Переосмислення формування планетних систем

“Ці результати повністю змінюють наше уявлення про те, як виглядає ‘типовий’ протопланетний диск”, – зазначає Осмар М. Герра-Альварадо, кандидат наук та учасник дослідження. Він підкреслює, що лише найяскравіші диски, які найлегше спостерігати, мають великомасштабні прогалини. Компактні диски без таких структур насправді зустрічаються набагато частіше.

Малі диски переважно виявили навколо маломасивних зірок із масою від 10 до 50% маси нашого Сонця. Ці зірки є найпоширенішим типом у Всесвіті. Маріана Б. Санчес, постдок Лейденської обсерваторії, пояснює:

У компактних дисках більша частина пилу зосереджена близько до зірки. Саме в цих регіонах зазвичай формуються супер-Землі – кам’янисті планети з масою, що в десять разів перевищує масу нашої планети. Це відкриття пояснює, чому супер-Землі так часто зустрічаються навколо зірок із низькою масою.

Відсутня ланка в розумінні формування планет

Дослідження встановлює важливу “відсутню ланку” між спостереженнями протопланетних дисків і екзопланет. “Відкриття того, що більшість малих дисків не мають проміжків, означає, що більшість зірок не містять гігантських планет”, – пояснює Нінке ван дер Марель, доцент Лейденської обсерваторії. Це узгоджується з даними про екзопланети навколо повноцінних зірок.

Дослідження припускає, що наша Сонячна система сформувалася з великого протопланетного диска. Такий диск сприяв формуванню газових гігантів, як-от Юпітер і Сатурн, але не супер-Землі. Цікаво, що супер-Землі вважаються найпоширенішим типом планет у Всесвіті.

Для свого дослідження вчені використовували спостереження ALMA за 2023 і 2024 роки з максимальною роздільною здатністю 0,030 дугових секунд. Вони також залучили архівні дані, щоб створити перше повне дослідження протопланетних дисків цілого зореутворюючого регіону.

“Дослідження показує, що ми довгий час помилялися щодо того, як виглядає типовий диск”, – підсумовує Ван дер Марель. Астрономи зосереджувалися на найяскравіших і найбільших дисках, створюючи упереджене уявлення. Тепер науковці нарешті мають повний огляд дисків різних розмірів, що суттєво змінює наше розуміння формування планетних систем.