Астрономы собрали коллекцию снимков протопланетных дисков с зародышами планет!⁠⁠

Рассмотрение периода формирования планетных систем, похожих на нашу Солнечную, является важным шагом в изучении происхождения жизни. В этом контексте особое значение имеют уникальные субструктуры протопланетных дисков — мест, где рождаются планеты.

Протопланетный диск — это окружение из холодного молекулярного газа и пыли, окружающее протозвезду. Наличие планеты в таком диске вызывает гравитационное скопление или отток материала, что приводит к формированию характерных структур — колец или спиралей. Таким образом, субструктуры дисков можно рассматривать как «послания» формирующихся планет. Для их детального изучения необходимы сверхточные радиотелескопы, например, ALMA.

Наблюдения с помощью ALMA, включая крупные проекты DSHARP и eDisk, позволили получить сверх четкие изображения распределения пыли в протопланетных дисках.

Проект DSHARP показал, что характерные структуры часто встречаются в дисках около 20 молодых звёзд, которым более миллиона лет с момента их образования.

В то же время проект eDisk выявил меньше выраженных субструктур в дисках 19 протозвезд, находящихся в активной фазе аккреции — спустя 10–100 тысяч лет после рождения звезды. Это указывает на различия в свойствах дисков в зависимости от возраста звёзд.

Возникает вопрос: когда именно появляются субструктуры, свидетельствующие о рождении планет? Для ответа нужны наблюдения дисков среднего возраста, которые до сих пор изучены недостаточно. Однако ограничения по расстоянию и времени наблюдений усложняют проведение статистически значимых исследований больших выборок.

Для решения этой задачи команда исследователей применила метод сверхвысокой визуализации на основе разреженного моделирования. В радиоастрономии традиционные методы реконструкции компенсируют недостающие данные с определёнными допущениями. Новая методика позволяет восстанавливать изображения с большей точностью, обеспечивая более высокое разрешение без необходимости дополнительных данных.

В исследовании использовался открытый программный модуль PRIISM (Python module for Radio Interferometry Imaging with Sparse Modeling), разработанный японской командой. На основе архивных данных ALMA было проанализировано 78 протопланетных дисков в области звездообразования в созвездии Змееносца, расположенном на расстоянии 460 световых лет.

Более половины полученных изображений достигли разрешения, превышающего традиционные методы более чем в три раза, сопоставимого с проектами DSHARP и eDisk.

Кроме того, общий объём данных в данном исследовании почти в четыре раза превышает количество образцов из предыдущих двух проектов, что значительно повышает надёжность статистического анализа. Среди изученных 78 дисков у 27 были обнаружены кольцевые или спиральные структуры, причём 15 из них выявлены впервые именно в этой работе.

Исследователи объединили выборку из созвездия Змееносца с данными проекта eDisk для комплексного статистического анализа. Результаты показали, что характерные субструктуры дисков начинают формироваться на радиусах более 30 астрономических единиц уже на ранней стадии звездообразования — спустя всего несколько сотен тысяч лет после появления звезды.

Это свидетельствует о том, что процессы формирования планет начинаются значительно раньше, чем считалось ранее, когда диск ещё богат газом и пылью. Иными словами, планеты растут и развиваются вместе со своими очень молодыми звёздными хозяевами.

Айюму Сёси отметил: «Эти открытия, заполняющие разрыв между проектами eDisk и DSHARP, стали возможны благодаря инновационным методам визуализации, обеспечивающим высокое разрешение и одновременно увеличивающим размер выборки. Хотя результаты относятся только к дискам в созвездии Змееносца, дальнейшие исследования в других регионах звездообразования помогут определить, насколько данный тренд универсален.»

Примечание: стадия эволюции протозвезды определяется по болометрической температуре — условной температуре, рассчитанной на основе суммарной светимости объекта во всех длинах волн. Более высокая болометрическая температура указывает на более продвинутую эволюционную стадию. Температура около 650 К соответствует примерно одному миллиону лет с момента рождения звезды.