Астрономы теперь знают, что планет вокруг других звезд много. Но они не до конца понимают, как они формируются, и многие аспекты образования комет, планет и других скалистых тел остаются загадкой. Тем не менее, новые наблюдения, использующие возможности ALMA, теперь дают ответ на один из самых больших вопросов: как крошечные пылинки в диске вокруг молодой звезды становятся все больше и больше, чтобы в конечном итоге превратиться в щебень и даже валуны размером более метра в диаметре. размер?
Компьютерные модели предполагают, что частицы пыли растут, когда они сталкиваются и слипаются. Однако, когда эти более крупные зерна снова сталкиваются на высокой скорости, они часто разбиваются на куски и отправляются обратно в исходное положение. Даже когда этого не происходит, модели показывают, что более крупные зерна будут быстро перемещаться внутрь из-за трения между пылью и газом и падать на свою родительскую звезду, не оставляя шансов на дальнейшее развитие.
Каким-то образом пыли нужно безопасное убежище, где частицы могут продолжать расти, пока не станут достаточно большими, чтобы выжить сами по себе [1]. Такие «пылевые ловушки» предлагались, но до сих пор не было наблюдательных доказательств их существования.Нинке ван дер Марель, аспирант Лейденской обсерватории в Нидерландах и ведущий автор статьи, использовала ALMA вместе со своими сотрудниками для изучения диска в системе под названием Oph-IRS 48 [2]. Они обнаружили, что звезда была окружена газовым кольцом с центральным отверстием, которое, вероятно, было создано невидимой планетой или звездой-компаньоном.
Более ранние наблюдения с использованием Очень Большого Телескопа ESO уже показали, что мелкие частицы пыли также образуют аналогичную кольцевую структуру. Но новый взгляд ALMA на то, где были обнаружены более крупные частицы пыли миллиметрового размера, был совсем другим!«Сначала форма пыли на изображении стала для нас полной неожиданностью, — говорит ван дер Марель. «Вместо кольца, которое мы ожидали увидеть, мы обнаружили очень четкую форму ореха кешью!
Мы должны были убедить себя, что эта особенность была реальной, но сильный сигнал и резкость наблюдений ALMA не оставили сомнений в структуре. Затем мы поняли, что нашли ».Была обнаружена область, в которой были захвачены более крупные частицы пыли, которые могли вырасти намного крупнее, сталкиваясь и слипаясь. Это была ловушка для пыли — именно то, что искали теоретики.
Как объясняет ван дер Марель: «Вероятно, мы смотрим на своего рода фабрику комет, поскольку условия являются подходящими для роста частиц от миллиметра до размера кометы.
Пыль вряд ли будет образовывать полноразмерные планеты на таком расстоянии от Но в ближайшем будущем ALMA сможет наблюдать пылевые ловушки ближе к своим родительским звездам, где действуют те же механизмы. Такие пылевые ловушки действительно будут колыбелями для новорожденных планет ».
Ловушка для пыли образуется по мере того, как более крупные частицы пыли движутся в направлении областей с более высоким давлением. Компьютерное моделирование показало, что такая область высокого давления может возникать из-за движений газа на краю газового отверстия — точно так же, как в этом диске.«Сочетание работы по моделированию и высококачественных наблюдений ALMA делает этот проект уникальным», — говорит Корнелис Даллемон из Института теоретической астрофизики в Гейдельберге, Германия, эксперт по эволюции пыли и моделированию дисков и член группы. . «Примерно в то время, когда были получены эти наблюдения, мы работали над моделями, предсказывающими именно такие структуры: очень удачное совпадение».
Наблюдения проводились во время создания массива ALMA. Они использовали приемники ALMA Band 9 [3] — устройства европейского производства, которые позволяют ALMA создавать на сегодняшний день самые четкие изображения.
«Эти наблюдения показывают, что ALMA способна обеспечить трансформационную науку даже при использовании менее половины всего массива», — говорит Эвин ван Дишек из Лейденской обсерватории, которая более 20 лет вносила основной вклад в проект ALMA. . «Невероятный скачок чувствительности и резкости изображения в Band 9 дает нам возможность изучать основные аспекты формирования планет способами, которые раньше были просто невозможны».Примечания:[1] Причина возникновения пылевой ловушки, в данном случае вихря в газе диска, имеет типичный срок службы в сотни тысяч лет. Даже когда пылеуловитель перестает работать, пыль, скопившаяся в ловушке, рассеется за миллионы лет, обеспечивая достаточно времени для увеличения пылинок.
[2] Название представляет собой комбинацию названия созвездия области звездообразования, в которой находится система, и типа источника, поэтому Oph означает созвездие Змееносца (Змееносца), а IRS — инфракрасный источник. . Расстояние от Земли до Oph-IRS 48 составляет около 400 световых лет.[3] ALMA может вести наблюдение в разных частотных диапазонах.
Полоса 9, работающая на длинах волн около 0,4-0,5 миллиметра, является режимом, который пока обеспечивает наиболее резкие изображения.