Протопланетные диски большинства звезд оказались очень маленькими

Сотни протопланетных дисков удалось разглядеть астрономам за последние пару десятков лет. Очень многие из них оказались большими, растянувшимися за орбиту Нептуна, если сравнивать с нашей системой. К тому же в этих дисках нередко встречаются разрывы — признак формирования планет-гигантов.

Несмотря на кажущееся обилие крупных дисков, среди уже сформировавшихся систем не так уж много «семей», похожих на Солнечную систему. Оказалось, причина диссонанса — в выборе объектов для наблюдений. В опубликованных научных работах авторы нового исследования насчитали лишь 33 компактных диска. Все эти годы астрономы отдавали предпочтения наблюдениям за самыми яркими и большими дисками, пропуская их небольших собратьев. Так в мае 2024 года был описан рекордный по размеру протопланетный диск диаметром в несколько тысяч астрономических единиц (астрономическая единица — среднее расстояние от Солнца до Земли).

Чтобы оценить истинную «демографию» протопланетных дисков, ученые исследовали 73 диска в области звездообразования в созвездии Волк. Эта область находится относительно недалеко от нас, в 500-650 световых годах от Солнечной системы. Она очень молодая — ей не больше двух миллионов лет. Исследователи использовали данные наблюдений комплекса радиотелескопов ALMA. Статья с результатами работы будет опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, а пока доступна на портале arXiv.

Оказалось, что более 67% протопланетных дисков в созвездии Волк имеют радиус менее 30 астрономических единиц, то есть они меньше орбиты Нептуна. Также ученые выявили 11 ранее неизвестных пустот, то есть в области от звезды до внутренней грани диска. В том числе самую маленькую известную пустоту радиусом 4,1 астрономической единицы.

«Эти результаты полностью меняют наше представление о том, как должен выглядеть среднестатистический протопланетный диск. Лишь в самых ярких дисках, которые проще всего наблюдать, есть большие разрывы. Но на самом деле гораздо более распространены компактные диски без подобных подструктур», — объяснил один из авторов нового исследования Осмар Герра-Альварадо из Лейденского университета (Нидерланды).

С помощью компьютерного моделирования авторы новой работы вычислили вероятные радиусы самых маленьких протопланетных дисков. Рекордсменом стал диск J16002612-4153553 с радиусом приблизительно 0,61 астрономической единицы.

Небольшие диски чаще окружают маломассивные звезды в 5-10 раз меньше Солнца по массе. Это самые распространенные звезды во Вселенной. Как показало исследование, у таких светил пыль протопланетного диска сосредоточена вблизи звезды, именно там во «взрослых» системах астрономы чаще всего находят суперземли. А вот из крупных дисков формируются «сестры» Солнечной системы с газовыми гигантами. Кстати, недавно ученые описали, как газовые гиганты создают условия, благоприятные для появления жизни.

«Открытие того, что в большинстве маленьких дисков нет разрывов, указывает на то, что у большинства звезд нет планет-гигантов. Это согласуется с тем, что мы видим в популяции экзопланет у взрослых звезд. Так эти наблюдения стали связующим звеном между демографией дисков и демографией экзопланет», — объяснила Ненке ван дер Марел, одна из авторов новой работы, специалист по формированию планет в протопланетных дисках.