Массивный газовый диск поднимает вопросы о теории образования планет

Звезде 49 Кита (49 Ceti) 40 миллионов лет, и обычные теории формирования планет предсказывают, что за это время газ должен был исчезнуть. Загадочно большое количество газа требует пересмотра нынешнего понимания формирования планет.

Планеты образуются в газообразных пылевых дисках вокруг молодых звезд, называемых протопланетными дисками. Частицы пыли собираются вместе, образуя планеты, подобные Земле, или становятся ядрами более массивных планет, собирая большое количество газа с диска, образуя газообразные планеты-гиганты, похожие на Юпитер. Согласно современным теориям, со временем газ в диске либо поглощается планетой, либо уносится излучением от центральной звезды. В конце концов, остается звезда, окруженная планетами и диском из пылевого мусора. Этот пылевой диск, называемый остаточным диском, означает, что процесс формирования планеты почти завершен.

Последние достижения в области радиотелескопов принесли сюрприз в этой области. Астрономы обнаружили, что на нескольких обломках диска все еще есть некоторое количество газа. Если газ долго остается в дисковых обломках, у зародышей планет есть еще достаточно времени и материала для эволюции в гигантские планеты, такие как Юпитер. Следовательно, газ в остаточном диске влияет на состав образующейся планетарной системы.

«Мы обнаружили атомный углеродный газ в остаточном диске около 49 Кита, используя более 100 часов наблюдений на телескопе ASTE», - говорит Ая Хигучи, астроном Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ). ASTE - это радиотелескоп диаметром 10 м в Чили, которым управляет NAOJ. «В качестве естественного продолжения мы использовали ALMA для получения более подробного обзора, и это принесло нам второй сюрприз. Углеродного газа около 49 Кита было в 10 раз больше, чем в нашей предыдущей оценке».

Благодаря высокому разрешению ALMA, команда впервые обнаружила пространственное распределение атомов углерода в остаточном диске. Атомы углерода распределены более широко, чем окись углерода, вторая самая распространенная молекула вокруг молодых звезд, причем молекулы водорода являются наиболее распространенными. Количество атомов углерода настолько велико, что команда даже обнаружила слабые радиоволны от более редкой формы углерода, 13C – углерод-13. Это первое обнаружение излучения 13C на частоте 492 ГГц в любом астрономическом объекте, которое обычно скрыто за излучением нормального 12C.

«Количество 13C составляет всего 1% от 12C, поэтому обнаружение 13C в остаточном диске было совершенно неожиданным», - говорит Хигучи. «Это явное свидетельство того, что у 49 Кита удивительно большое количество газа».

Исследователи предложили две возможности происхождение газа. Во-первых, это остаточный газ, который пережил процесс диссипации в заключительной фазе формирования планеты. Однако количество газа около 49 Кита сопоставимо с количеством газа вокруг более молодых звезд в фазе формирования активной планеты. Нет теоретических моделей, объясняющих, как такое количество газа могло сохраняться так долго. Другая возможность в том, что газ был выпущен из-за столкновения небольших небесных тел, таких как кометы. Но количество столкновений, необходимых для объяснения большого количества газа около 49 Кита, слишком велико, чтобы учитывать его в современных теориях. Текущие результаты ALMA побуждают пересмотреть модели формирования планет.