Астрономы впервые зафиксировали рождение планет в молодой звёздной системе
Астрономы впервые поймали точный момент, когда возле молодой звезды за пределами Солнечной системы начинают формироваться планеты. При помощи двух телескопов, работающих в разных спектральных диапазонах, удалось определить, что звёздная система находится как раз на такой стадии развития, когда в её протопланетном диске начинают конденсироваться твёрдые минералы-силикаты — основа будущего материала планет.
В Солнечной системе первый твёрдый минерал, который сконденсировался вблизи сегодняшнего месторасположения Земли вокруг Солнца, содержится в древних метеоритах. Можно установить возраст этих первичных минералов и таким образом определить, когда началось формирование планет. Здесь планетологов интересует прежде всего один из подвидов метеоритов, а именно — каменные метеориты класса хондритов. Они состоят из того же вещества, что и протопланеты. Если ещё углубиться в детали, в хондритах встречаются их самые древние кристаллические компоненты — кальциево-алюнминивые включения (CAI), которые отвердевают при самой высокой температуре около 1000 °C. По их датировке поэтому и определяют возраст Солнечной системы. Другие твёрдые компоненты, например, те же хондры, от которых происходит название этого типа метеоритов, появляются позже, когда температура за бортом упадёт хотя бы до 700 °C. Итак, метеориты содержат кристаллические минералы, которые могли конденсироваться при очень высоких температурах, характерных для молодых протопланетных дисков. Важно то, что в состав этих минералов входит монооксид кремния SiO, который как раз можно зафиксировать при помощи инфракрасной обсерватории Джеймса Уэбба. Они Затем эти твёрдые вещества соединялись друг с другом, и такие горные породы рождали планетезимали — планетные зародыши. Размер первых планетезималей был около километра. Затем они срастались под действием гравитации и увеличивались в размерах, становясь современными планетами наподобие Земли или ядра Юпитера.
Астрономам уже удалось найти много газопылевых дисков вокруг молодых звёзд. У некоторых из них наблюдают новорождённые массивные планеты, похожие на Юпитер. Но до недавнего времени не удавалось поймать более ранний момент формирования планетезималей.
Подходящей целью, обследованной при помощи двух телескопов — космической обсерватории Джеймса Уэбба и миллиметрового радиотелескопа ALMA в пустыне Атакама стала система с обозначением HOPS-315. Это протозвезда на расстоянии примерно 1300 световых лет в созвездии Ориона, а точнее — в одной из его многочисленных туманностей (M42) — месте, где активно формируются новые звёзды. Она является аналогом Солнца в момент его рождения — её возраст около 160-200 тысяч лет. В настоящий момент на новую звезду падают потоки окружающего газа, инициируя ядерные реакции, которые будут обеспечивать жизнь звезды в ближайшие несколько миллиардов лет.
Обычно разглядеть что-либо, включая рождение планет, в этих клубах газа затруднительно. Но в случае HOPS-315 в окружающем газе есть щель, которая «смотрит» прямо в направлении Земли. Благодаря этому зарождающиеся протопланетные структуры и их минеральный состав удаётся проследить. В частности, получилось увидеть те самые элементы самых древних метеоритов в виде соединений монооксида кремния. Но астрономы нашли и свидетельства начала конденсации этих «горячих» минералов в диске возле звезды HOPS-315. Монооксид кремния присутствует возле новорожденной звезды как в газовом состоянии, так и в виде кристаллических минералов, что указывает на самое начало его кристаллизации, а значит, формирования зёрен пыли, и в последующем — планетезималей.
Эти минералы сначала удалось идентифицировать при помощи телескопа Джеймса Уэбба. Затем необходимо было использовать телескоп миллиметрового спектра ALMA, чтобы выяснить точную локацию этой области по отношению к звезде. Окaзалось, что сигналы приходят из небольшой области протопланетного диска, эквивалентной поясу астероидов возле Солнца. Подобного процесса кристаллизации раньше в протопланетных дисках не наблюдали. Аналогичная картина в Солнечной системе предстала бы наблюдателю 4,5 миллиарда лет назад.
Наблюдения за HOPS-315, таким образом, позволяют понять, как зародилась Солнечная система и как происходит формирование планет на самых ранних этапах. Также исследование показывает, насколько важно использовать вместе телескопы разного диапазона и назначения (как Джеймс Уэбб и ALMA) для исследования протопланетных дисков.