Астрономы разработали метод оценки масс новорожденных планет по пылевым кольцам

Международная группа астрономов под руководством Уорикского университета обнаружила, что свойства пылевых колец вокруг молодых звёзд позволяют определять массы формирующихся планет. Этот прорыв, опубликованный в The Astrophysical Journal, даёт учёным новый инструмент для изучения планет, которые скрыты в плотной среде своего рождения и недоступны для прямого наблюдения.

Вокруг молодых звёзд существуют вращающиеся диски из газа и пыли — именно в них рождаются планеты. Современные телескопы, такие как ALMA, показывают, что многие из этих протопланетных дисков содержат выразительные кольцевидные структуры. Долгое время астрономы подозревали, что эти кольца связаны с присутствием планет, но надёжных методов интерпретации данных не хватало.

«Эти яркие кольца — не просто красивые образования, а настоящие планетные отпечатки пальцев», — поясняет Амена Фаруки, ведущий автор исследования и аспирант Уорикского университета. Она добавляет, что кольца возникают из-за концентрированной пыли, скапливающейся чуть за орбитой молодой планеты. Однако до сих пор учёные не могли связать конкретные параметры колец с массой планеты-«хозяина».

С помощью детальных компьютерных симуляций команда выяснила, как планеты разной массы формируют окружающие их пылевые кольца. Оказалось, что ширина кольца, положение его ярчайшей области и общее количество пыли содержат характерные признаки, указывающие на массу планеты. Важнейшим открытием стала простая математическая зависимость между пиком яркости кольца и массой планеты, которая не зависит от длины волны наблюдений или размера пылинок.

Для проверки метода исследователи применили его к системе PDS 70 — одному из немногих примеров, где планеты удалось сфотографировать внутри их диска. Полученная оценка массы планеты PDS 70c отлично совпала с независимыми расчётами. Затем методику протестировали на пяти дисках из обзора exoALMA, предсказав массы потенциальных планет, скрывающихся в них.

Доктор Джессика Спиди из Массачусетского технологического института подчёркивает практическую ценность работы: «Мы не ограничились теорией, а применили результаты симуляций к реальным наблюдениям. Система PDS 70 стала для нас природной лабораторией, подтвердившей, что метод готов к широкому использованию».

Симуляции также показали, что массивные формирующиеся планеты могут удерживать в кольцах пыль, масса которой в 20 раз превышает массу Земли. Это ставит новый вопрос: почему в такой концентрированной среде до сих пор не обнаружены сами планеты? Авторы предполагают, что пыли достаточно для запуска планетообразования, и это стимулирует дальнейшие наблюдения.

«Наша работа даёт наблюдателям практический инструмент для прямой связи пылевых колец с массами порождающих их планет, — заключает доктор Фарзана Меру из Уорикского университета. — Сейчас, когда ALMA поставляет всё более детальные изображения дисков, а новые обсерватории вот-вот вступят в строй, лучшее время для развития таких методов трудно представить».