Ученые оценили массу молодых планет, изучив пылевые кольца

Новости МирТесен

Даже если новорожденная планета не видна, ее присутствие можно определить по окружающей ее пыли. Исследования показали, что характеристики пылевых колец в протопланетных дисках тесно связаны с массой планет, находящихся в их недрах. Таким образом, эти структуры способны служить своеобразными космическими «весами», позволяющими оценить массу молодых планет.

Планеты возникают внутри протопланетных дисков – вращающихся вокруг юных звезд образований из газа и пыли. Предыдущие наблюдения, сделанные обсерваторией ALMA, показали наличие в этих дисках множества колец и пропусков, которые, по мнению ученых, часто являются следствием влияния формирующихся планет: их гравитационное воздействие изменяет распределение вещества в диске, создавая характерные структуры. Тем не менее, до настоящего времени было затруднительно применять эти особенности для определения массы самих планет.

Теперь авторы исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal, для изучения были смоделированы процессы взаимодействия планет, отличающихся по массе, с окружающим их диском. Полученные расчеты продемонстрировали, что свойства пылевых колец напрямую зависят от массы формирующегося объекта. Так, по мере увеличения массы планеты область наибольшей концентрации пыли отодвигалась от ее орбиты. Кроме того, исследователи установили, что существует почти линейная взаимосвязь между положением кольца и размером зоны, где преобладает гравитационное влияние планеты.

Согласно результатам моделирования, по мере увеличения массы формирующегося мира наблюдается уменьшение ширины окружающего его кольца. Тем не менее, данный эффект сохраняется только до тех пор, пока планета не приобретает достаточную массу, чтобы надёжно удерживать пылевой поток в диске. После достижения этой массы размеры кольца перестают существенно изменяться. Аналогичная закономерность прослеживается и в изменении массы вещества, накопленного в кольце: она увеличивается пропорционально массе планеты, а затем стабилизируется.

Согласно расчетам, в некоторых кольцах может скапливаться вещество, масса которого достигает десятков масс Земли. Эти области способны предоставить подходящие условия для дальнейшего образования планетезималей — основных компонентов, из которых формируются планеты.

Чтобы подтвердить полученные данные, исследователи использовали модель для анализа системы PDS 70, в которой ранее были найдены молодые планеты. Оценки массы, полученные в результате, оказались близки к результатам, определенным с помощью других методов. Это свидетельствует о том, что характеристики пылевых колец могут быть полезны для изучения и определения массы планет, которые на данный момент слишком слабы для прямого наблюдения.

Ученые, разработавшие данный метод, выражают надежду, что он позволит более точно устанавливать параметры молодых звездных систем и углубить понимание процессов, протекающих на начальных стадиях формирования планет.