Планеты образуются из дисков пыли и газа вокруг молодых звёзд, однако учёные не понимали, откуда берётся вещество для планет-гигантов.
Иллюстрация ESO/L. Calcada.
Изображение протопланетного диска HD 163296, полученное радиотелескопом ALMA.
Иллюстрация ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Booth et al., University of Leeds.
Давно доказано, что планеты образуются из облаков пыли и газа, расположенных вокруг молодых звёзд. Именно поэтому учёные называют их протопланетными дисками. Астрономам известно множество подобных систем на самых разных стадиях зарождения миров.
Однако, измеряя массы этих дисков, астрономы приходили в недоумение. Казалось, что там слишком мало вещества для формирования наблюдаемых экзопланет. Открытие в протопланетных облаках молекулы, никогда ранее там не наблюдавшейся, расставило всё по своим местам. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.
Обычно измерение массы протопланетного диска происходит следующим образом. Астрономы фиксируют излучение молекул угарного газа (СО) и определяют количество этого вещества в облаке. Почему именно его? Просто при температурах, царящих в протопланетном облаке, именно это вещество имеет самую чёткую спектральную "подпись", которая позволяет его идентифицировать.
При этом учёным известно, какую часть массы диска составляет угарный газ (это показали теоретические работы). Поэтому они могут рассчитать массу всего диска.
Однако далее у исследователей "не сходился баланс". Согласно общепринятым моделям образования планет, в дисках было слишком мало газа для формирования экзопланет-гигантов. Оставалось две возможности: либо мы не знаем о зарождении миров чего-то важного, либо неправильно оцениваем массу дисков.
Как оказалось, второй вариант вполне имеет право на жизнь. Дело в том, что часть излучения угарного газа может просто не доходить до наблюдателя, поглощаясь в самом облаке. В этом случае масса диска будет занижена.
Пересмотреть цифры учёным и помогла новая работа.
Напомним, что углерод имеет два стабильных изотопа: 12С и 13С, а кислород – целых три: 16O, 17O и 18O. Поэтому молекула СО может иметь разный изотопный состав. От него зависит длина волны, на которой будет излучать вещество. А волны разной длины по-разному поглощаются пылью и газом.
Самые распространённые в природе изотопы названных элементов – это 12С (на него приходится 98,9% всех атомов углерода) и 16O (99,8% всех атомов).
Понятно, что почти все молекулы угарного газа – это молекулы 12С16O. Изредка встречаются молекулы, в которых один из изотопов нетипичен: 13С16O, 12С17O и 12С18O. Все они были найдены в протопланетных дисках и использовались для оценки их массы.
Однако в этот раз астрономы обнаружили редчайшее вещество, в котором нетипичный углерод соединился с нетипичным же кислородом: 13С17O. Таких молекул, согласно теории вероятности, крайне мало: двум особенным атомам трудно найти друг друга в бескрайнем море таких как все и составить счастливую пару. Поэтому и суммарное излучение такого соединения очень слабое. И только такой уникальный радиотелескоп, как ALMA, позволил его различить.
Изображение протопланетного диска HD 163296, полученное радиотелескопом ALMA.
Иллюстрация ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Booth et al., University of Leeds.
На иллюстрации выше показано изображение протопланетного диска HD 163296, полученное исследователями. Излучение пыли показано в виде розовых колец, молекул 12С16O – синим облаком, молекул 13С17O, – зелёными кольцами.
Между тем 13С17O имеет важное преимущество перед более распространёнными видами угарного газа. Его излучение гораздо лучше проникает сквозь газ и пыль. Поэтому астрономы могут более реалистично оценить массу протопланетного диска.
Уникальную молекулу учёные разглядели в протопланетном диске звезды HD 163296 – той самой, чьи планеты претендуют на звание самых молодых в истории наблюдений (у них, впрочем, недавно появился конкурент). Это светило находится в 330 световых годах от Земли, и ему всего шесть миллионов лет (Солнцу, напомним, пять миллиардов).
"Наши новые наблюдения показали, что в диске скрыто в два-шесть раз больше массы, чем было измерено в предыдущих наблюдениях", – рассказывает Элис Бут (Alice Booth) из Университета Лидса. – Это важный вывод с точки зрения рождения планетных систем из дисков. Если они содержат больше газа, то у них больше строительного материала для формирования более массивных планет".
Теперь астрономы собираются поискать редкую молекулу в других протопланетных дисках и заново рассчитать их массу.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о гигантской "пенопластовой" экзопланете и экзопланете, которая слишком далека от своей родительской звезды.
