Планета закрутила спиральные рукава вокруг молодой звезды

Когда вы слышите фразу «спиральные рукава», вы, вероятно, думаете о галактиках. Многие галактики содержат яркие дуги звезд, которые отклоняются от своих центров, в том числе и наш Млечный Путь. Но не все галактики имеют спиральные рукава, и галактики — не единственные небесные тела со спиральными рукавами. Около трети протопланетных дисков вокруг молодых звезд имеют спиральные рукава, и теперь мы думаем, что знаем, почему.

Спиральные рукава в галактиках вызваны волнами плотности в галактическом диске. Волны плотности создают своего рода эффект пробки, поскольку отдельные звезды дрейфуют в спиральных рукавах и выходят из них, но общая спиральная структура сохраняется. Спиральная структура поддерживается увеличением плотности газа и пыли в рукавах, что приводит к образованию звезд внутри рукавов.

Протопланетные диски имеют схожую структуру с молодыми галактиками. Оба представляют собой плоский диск из газа и пыли, вращающийся вокруг массивной центральной выпуклости. Но разница в размерах и возрасте означает, что мы не можем просто сказать, что спиральные рукава в галактиках и планетарных дисках имеют одну и ту же причину.

Одна из моделей спиралей планетарных дисков состоит в том, что они образуют подобные спиральные галактики. По сути, гравитационная нестабильность внутри диска приводит к флуктуациям плотности, которые быстро перерастают в спиральную структуру. Проблема с этой идеей заключается в том, что, в отличие от галактик, где звезды взаимодействуют только с гравитацией, газ внутри диска оказывает давление, которое разрушает спиральную структуру.

Другая идея состоит в том, что спиральная структура вызвана наличием большой протопланеты. Объект размером с Юпитер внутри планетарного диска будет генерировать турбулентность и гравитационное притяжение, которые могут вызвать образование спиральных рукавов, подобных ряби в пруду. Единственная проблема с этой идеей заключается в том, что большие протопланеты никогда не наблюдались внутри спирального протопланетного диска. Это еще не все.

Астрономы обнаружили протопланету Юпитера, вращающуюся вокруг молодой звезды, известной как MWC 758, которая находится примерно в 500 световых годах от Земли. Планета, названная MWC 758c, в два раза превышает массу Юпитера и вращается вокруг своей молодой звезды на расстоянии около 100 астрономических единиц, что более чем в три раза превышает расстояние Нептуна от Солнца. Система спиральных дисков была известна уже давно, но предыдущие наблюдения не показали никаких признаков наличия планеты. Это связано с тем, что MWC 758c особенно красный, что означает, что он либо очень холодный, либо покрыт большим количеством пыли. Низкие инфракрасные длины волн трудно наблюдать с помощью наземных телескопов из-за теплового шума земной атмосферы. Интерферометр с большими глазами (LBTI), который специализируется на наблюдениях в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазонах, наконец смог наблюдать за газовым гигантом.

Команда планирует продолжить свои наземные наблюдения наблюдениями с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Это должно предоставить более подробные изображения, которые помогут им понять, как сформировалась планета, и взаимодействие между планетой и спиральной структурой системы.

Системе MWC 758 несколько миллионов лет, но она немного похожа на нашу Солнечную систему. Весьма вероятно, что аналогичную спиральную структуру имел и протопланетный диск Солнца, что могло сыграть важную роль в формировании Земли.

ссылка: Донг, Ропинг, Хуан Р. Нагита и Шон Бриттен. «Спиральные рукава в дисках: планеты или гравитационная нестабильность?» Астрофизический журнал 862,2 (2018): 103.

ссылка: Вагнер, К. и др. «Прямые изображения и спектроскопия гигантской протопланеты, движущей спиральные рукава MWC 758.. » естественная астрономия (2023).