Массу молодых планет определили по пылевым кольцам

Планеты формируются внутри протопланетных дисков — вращающихся вокруг молодых звезд облаков газа и пыли. Ранее наблюдения обсерватории ALMA выявили в этих дисках многочисленные кольца и промежутки, которые, как считается, часто возникают в результате воздействия молодых планет: их гравитация меняет распределение вещества в диске, оставляя заметные следы. Однако использовать эти структуры для оценки массы самих миров до сих пор было непросто.

Как пылевые кольца раскрывают массу планет

Теперь авторы исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal, смоделировали взаимодействие планет различной массы с окружающим их диском. Расчеты показали, что характеристики пылевых колец тесно связаны с массой формирующего их мира. В частности, с увеличением массы планеты область максимального скопления пыли смещалась дальше от ее орбиты. Более того, ученые выявили почти линейную зависимость между положением кольца и размером области, где доминирует гравитация планеты.

Модели также показали, что ширина кольца уменьшается по мере роста массы формирующегося мира. Этот эффект, однако, работает лишь до тех пор, пока планета не становится достаточно массивной, чтобы надежно удерживать поток пыли в диске. После достижения этой границы размеры кольца практически не меняются. Похожим образом меняется и масса вещества, накопленного в кольце: она растет вместе с массой планеты, а затем выходит на плато.

Проверка на реальной системе

В некоторых кольцах, по расчетам, может накапливаться вещество массой в десятки масс Земли. Такие области могут стать благоприятной средой для дальнейшего формирования планетезималей — строительных блоков будущих миров.

Для проверки результатов исследователи применили модель к системе PDS 70, где уже обнаружены молодые планеты. Полученные оценки массы хорошо согласовывались с результатами, выявленными независимыми методами. Это означает, что свойства пылевых колец действительно можно использовать для изучения и «взвешивания» миров, которые пока остаются слишком тусклыми для наблюдений.

Авторы научной работы надеются, что их подход поможет точнее определять характеристики новорожденных миров и больше узнать о процессах, что происходят на самых ранних этапах формирования планетных систем.