Если бы существовал фотоальбом Вселенной, в нем несомненно нашлось бы достойное место снимкам похожих на блины дисков из газа и пыли, вращающихся вокруг недавно сформировавшихся звезд. Считалось, что эти структуры, известные как протопланетные диски, недолговечны и образуются вокруг большинства, если не вокруг всех, молодых звезд, обеспечивая сырье для формирования планет.
Большинство этих планетарных «яслей» существуют всего около 10 миллионов лет — по космическим меркам это мимолетное существование. Однако исследователи из Университета Аризоны обнаружили, что газопылевые «обручи» могут вращаться на звездах-хозяйках гораздо дольше, чем считалось ранее. Условие одно — звезда должна быть миниатюрной — одну десятую массы Солнца или даже меньше.
В статье, опубликованной в издании Astrophysical Letters Journal, исследовательская группа под руководством Фэн Лонга из Лунно-планетарной лаборатории Калифорнийского университета сообщает о подробном наблюдении за протопланетным диском в возрасте 30 миллионов лет. В статье представлен первый подробный химический анализ долгоживущего диска с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб». В работе приводятся новые сведения о формировании планет и потенциальной обитаемости планет за пределами нашей Солнечной системы.
В каком-то смысле протопланетные диски дают нам представление о том, как выглядели планетарные системы в младенчестве, в том числе о том, как могла выглядеть наша Солнечная система. Пока молодая звезда имеет значительную массу, высокоэнергетическое излучение молодой звезды «выдувает» газ и пыль из диска, и он не может служить сырьем для формирования планет.
Команда ученых наблюдала за звездой с полным официальным обозначением WISE J044634.16–262756.1B, более известной как J0446B, которая находится в созвездии Голубя (лат. Columba) примерно в 267 световых годах от Земли. Исследователи обнаружили, что формирующий планеты диск просуществовал там в три раза дольше обычного. Большинство таких объектов рассеивается в течение 10–20 миллионов лет, но в данном случае обнаружилось, что у определенных типов звезд они могут существовать гораздо дольше. Продолжительность жизни диска определяет, сколько есть времени у системы на формирование планет.
Химический состав дисков вокруг малых и больших звезд существенно не меняется. Он не меняется кардинально даже по мере старения. Такая долговечная, стабильная среда может обеспечить планетам, которые вращаются вокруг звезд малой массы больше времени для формирования.
Проанализировав состав газа в диске вокруг J0446B, исследователи исключили возможность того, что это так называемый диск из обломков, состоящий из материала второго поколения и образовавшийся в результате столкновений небесных тел, уже сформировавшихся в нем. Наличие спектральных линий водорода и неона позволило предположить, что в объекте вокруг J0446B все еще есть первичный газ, несмотря на возраст системы в 30 миллионов лет.
По мнению авторов, подтвержденное существование долгоживущих дисков, богатых первичными газами, имеет значение для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы. Особый интерес для исследователей представляет система TRAPPIST-1, расположенная в 40 световых годах от Земли и состоящая из красного карлика и семи планет размером с Землю. Три из этих планет находятся в «обитаемой зоне», где условия позволяют существовать жидкой воде и дают возможность для формирования жизни.
Поскольку звезды с долгоживущими планетарными дисками относятся к той же категории по массе, что и центральная звезда в системе TRAPPIST-1, существование долгоживущих дисков особенно интересно с точки зрения эволюции планетных систем.
Чтобы создать такое расположение орбит, как у TRAPPIST-1, планетам необходимо мигрировать внутри диска, а этот процесс требует наличия газа. Его длительное присутствие, которое наблюдается в этих дисках, может быть причиной уникального расположения планет.
Долгоживущие диски не образуются у звезд с массой, как у Солнца и выше, поскольку звезды в таких системах эволюционируют гораздо быстрее, а у планет меньше времени на формирование. Но, хотя наша Солнечная система пошла по другому эволюционному пути, долгоживущие диски могут многое рассказать исследователям о Вселенной, где маленьких звезд гораздо больше, чем массивных.
О миграциях планет на заре Солнечной системы читайте в другой статье.