Международная команда под руководством Индрани Дас из Института астрономии и астрофизики Академии Синика (Тайвань) раскрыла новый механизм, объясняющий, как хаотичный поток газа вокруг молодых звезд превращается в упорядоченные протопланетные диски.
Исследование, основанное на компьютерном моделировании и данных телескопа ALMA, опубликовано в Astrophysical Journal.
Когда рождается звезда, всё начинается с гигантского облака газа и пыли. Под действием гравитации оно сжимается, в центре появляется звезда, а вокруг — диск, из которого впоследствии формируются планеты. Так возникла и Солнечная система.
Однако долгое время оставался загадкой переход от хаотичного движения газа к упорядоченному вращению внутри диска.
Ученые обнаружили недостающее звено — переходную зону между падающим газом и диском. Эту область назвали ENDTRANZ.
Проще представить это как въезд на кольцевую дорогу. Машины едут хаотично, но по мере приближения к кольцу выстраиваются в упорядоченный поток. В зоне ENDTRANZ газ из внешней оболочки сначала падает беспорядочно, но постепенно «перестраивается» и начинает двигаться по стабильным орбитам внутри диска.
Раньше считалось, что такой переход происходит резко. Теперь выяснилось, что это плавный процесс.
Индрани Дас объяснил это следующим образом:«Существование ENDTRANZ — результат перераспределения массы и углового момента во время формирования дисков. Этот процесс определяет, как падающий материал из оболочки, вращающийся медленнее, чем требуется для устойчивого движения, распределяется, образуя диск, и постепенно переходит к упорядоченному вращению».
Другими словами, вещество как будто «договаривается» само с собой, чтобы выстроиться в устойчивую систему.
Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи смоделировали на компьютере рождение звезды и формирование диска. Оказалось, у переходной зоны есть характерный признак. Вещество меняет свою скорость вращения не плавно, а резко, как ступенька. Этот эффект стал главным доказательством существования зоны ENDTRANZ.
Шантану Басу пояснил:«Этот индикатор ENDTRANZ проявляется как скачок в профиле удельного углового момента. Изменение скорости вращения помогает понять, как эволюционирует диск».
Наблюдения подтвердили расчеты. Ученые нашли ту же картину у протозвезды L1527 IRS (IRAS 04368+2557, HH 192, VLA 1 и т.д.), возраст которой не превышает 100 тысяч лет, которая расположена в созвездии Тельца на расстоянии 457 световых лет от Земли. С помощью ALMA они увидели скачок в поведении газа на границе между оболочкой и диском. Размеры переходной зоны совпали с расчетом — 16 астрономических единиц.
Нагаеси Охаси вспомнил: «Сначала я не поверил, что данные наблюдений L1527 IRS демонстрируют признаки ENDTRANZ. Но, к моему удивлению, они там были! Сравнение радиальной зависимости удельного углового момента между наблюдениями и результатами моделирования помогло выявить ENDTRANZ в L1527 IRS».
Главный вывод — планетные системы формируются постепенно. Газ не сразу переходит к орбитальному движению, а шаг за шагом упорядочивается. Это помогает лучше понять, как возникают устойчивые диски, из которых затем формируются планеты.
Кроме того, модель объясняет более сложные процессы, например, появление спиральных структур в дисках. Теперь у ученых есть новый инструмент для изучения ранних стадий формирования звезд и планетных систем.