Процесс образования планет начинается не с планетезималей, а с первых твердых частиц в протопланетном диске. Астрономы впервые обнаружили частицы минералов в горячем газе, находящемся у молодой звезды, используя радиотелескопы ALMA и космический телескоп «Джеймс Уэбб.
HOPS-315 представляет собой протозвезду I класса, находящуюся в молекулярном облаке Орион-B, на расстоянии около 1,37 тысячи световых лет от Земли. Ее окружает плотный «кокон» из пыли и газа, внутри которого образовался газовый диск. Протозвезда продолжает увеличивать свою массу, захватывая вещество из диска. Аккреция приводит к значительному нагреву этого диска.
Согласно расчётам специалистов, температура в аккреционном диске может достигать значительных отметок, достаточных для преобразования пыли в молекулярный и атомный газ. В результате происходит изменение состава, меняется соотношение различных веществ.
В области диска, где температура ниже, происходит конденсация минералов, устойчивых к высоким температурам, в первую очередь, богатых кальцием и алюминием (CAIs), затем – форстерита и энстатита (AOAs). Эти минералы содержат оксид кремния, одно из важнейших соединений, которое астрономы ищут в протопланетных дисках, поскольку оно является ключевым компонентом большинства горных пород. Первые планетезимали размером в километры сформировались в Солнечной системе через 100–300 миллионов лет после начала конденсации подобных частиц.
Изучая древние метеориты, ученые смогли реконструировать историю создания планетезималей – строительных блоков планет. В этих метеоритах содержатся первые твердые частицы, возникшие в Солнечной системе в районе нынешней Земли. Несмотря на то, что исследователи обнаруживали подобные минеральные частицы в дисках вокруг молодых звезд, их структура указывала на формирование в иных условиях, в межзвездной среде. К счастью, ученым удалось.
Астрономы зафиксировали признаки начала конденсации минералов, или «перезагрузки» вещества, в диске, окружающем молодую протозвезду HOPS-315. Обнаружение крупиц минералов стало возможным благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб». Для более подробного анализа структуры диска был использован комплекс радиотелескопов ALMA.
Ученые установили, что в окрестностях объекта HOPS-315 оксид кремния обнаружен как в виде газа, так и в составе минералов. Таким образом, в этой системе, вероятно, недавнем времени (если брать космические масштабы) начался процесс образования твердых частиц. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
«Действительно, мы обнаруживаем эти минералы в той области внесолнечной системы, где находим их в составе астероидов в нашей Солнечной системе», — объяснил соавтор исследования Логан Франсис из Лейденского университета (Нидерланды).
Используя данные, полученные с помощью телескопа ALMA, ученые определили область аккреционного диска, где происходят турбулентные процессы плавления и конденсации. Ее протяженность составляет от одной до трех астрономических единиц, что соответствует расстоянию от Земли до Пояса астероидов в нашей Солнечной системе, исходя от звезды HOPS-315. Полученные результаты подтверждают предположение о значительной роли нагретой области аккреционного диска в формировании первичных минералов.
Наблюдения спектральных характеристик в районе HOPS-315 указывают на то, что формируются начальные твердые структуры, из которых впоследствии могут образоваться планеты. Исследователи также подчеркивают, что, вероятно, процесс создания планетезималей уже стартовал, что подтверждается высоким содержанием кремния и углерода в выбросе звезды.
С помощью телескопа HOPS-315 ученые смогли зафиксировать начальные стадии формирования планет в Солнечной системе. Удачное расположение системы HOPS-315 позволило исследователям наблюдать структуру диска под оптимальным углом. В дальнейшем они намерены продолжить изучение физических и химических параметров, характерных для первых этапов формирования планет. Надеются, что им удастся обнаружить и другие молодые системы, схожие с HOPS-315.