Чтобы построить планету размером с Юпитер, нужен «клей» и много мелких камней. Учёные наконец-то их увидели
Мы смотрим на ночное небо и видим звёзды. Но за каждой из этих далёких точек света может скрываться целая история — история рождения, борьбы и формирования миров, подобных или совершенно непохожих на наш. Один из самых фундаментальных вопросов астрономии — как из бесформенных облаков космической пыли и газа рождаются планеты, вращающиеся по своим чётким орбитам? Мы знаем начало этой истории — гигантские газопылевые диски. Мы видим и финал — готовые планетные системы. Но что происходит между этими стадиями? До недавнего времени этот ключевой этап оставался «слепым пятном» для науки.
Новое исследование, проведённое с помощью уникального британского радиотелескопа, наконец, приоткрыло завесу тайны. Астрономы впервые смогли разглядеть «строительный материал» среднего размера — те самые «камешки» или гальку, из которых, словно из кирпичиков, строятся будущие планеты. Это открытие — не просто очередной пункт в каталоге наблюдений, а настоящий прорыв, позволяющий нам заглянуть в космические «ясли» и увидеть рождение миров в реальном времени.
Пропавшее звено планетной эволюции
Представьте себе процесс строительства дома. Мы видим грузовики с песком и цементом (аналог космической пыли и газа) и видим готовое здание (сформировавшуюся планету). Но как именно из сыпучих материалов получаются прочные стены? Этот промежуточный этап — замешивание раствора и кладка кирпичей — и есть то самое «недостающее звено» в астрофизике.
Теория гласит, что микроскопические частицы пыли в протопланетном диске постепенно слипаются друг с другом под действием статического электричества и других сил. Со временем они образуют более крупные конгломераты размером с песчинки, затем — с гальку. Эти сантиметровые «камешки» — критически важный этап. Они достаточно массивны, чтобы начать притягивать друг друга гравитацией, формируя всё более крупные объекты — планетезимали, которые в конечном счёте и становятся планетами.
Проблема в том, что этот этап невероятно трудно наблюдать. Как объясняет доктор Анита Ричардс из Манчестерского университета, гигантские облака первозданной пыли имеют огромную площадь поверхности и хорошо видны в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне (именно их изучает знаменитый телескоп ALMA). Сформировавшиеся планеты — тоже крупные и заметные объекты. А вот «камешки» — это уже не рыхлое облако, но ещё и не гигантский шар. Их общая площадь поверхности мала, они компактны и почти невидимы для большинства телескопов. Они были теоретическим предсказанием, которое никак не удавалось подтвердить прямыми наблюдениями. До сих пор.
Глаза для камешков: магия радиоинтерферометрии
Чтобы поймать неуловимую гальку, учёным из проекта PEBBLeS понадобился особый инструмент — радиоинтерферометр e-MERLIN. Это не один телескоп, а сеть из семи радиотелескопов, разбросанных по всей Великобритании. Работая вместе, они создают виртуальную «тарелку» диаметром 217 километров, что обеспечивает феноменальное разрешение — способность различать мельчайшие детали на огромном расстоянии.
Но главное — это длина волны, на которой работает e-MERLIN. Есть фундаментальный физический принцип: объект лучше всего излучает и виден на длине волны, сопоставимой с его размером. Чтобы увидеть сантиметровые камешки, нужно смотреть на мир в сантиметровом диапазоне радиоволн. Именно на это и способен e-MERLIN, работая на длине волны около 4 см. Он словно был создан для этой задачи.
«Благодаря этим наблюдениям мы теперь можем исследовать, где в этих дисках скапливается твёрдое вещество, что позволяет нам понять один из самых ранних этапов формирования планет», — подчёркивает руководитель проекта, профессор Джейн Гривз.
Что увидели в созвездии Тельца?
Объектами исследования стали две молодые звезды в созвездии Тельца — DG Тельца и HL Тельца, находящиеся от нас на расстоянии около 450 световых лет. Это настоящие звёздные «младенцы», окружённые протопланетными дисками.
Именно там e-MERLIN и совершил своё открытие. Данные показали наличие огромных резервуаров сантиметровой гальки, простирающихся на колоссальные расстояния — вплоть до орбит, сопоставимых с орбитой Нептуна в нашей Солнечной системе. Это открытие имеет два важнейших следствия.
Во-первых, оно подтверждает, что процесс укрупнения вещества до стадии «камешков» происходит по всему диску, а не только вблизи звезды. Это значит, что материал для строительства газовых гигантов, подобных Юпитеру и Сатурну, появляется на периферии системы очень рано.
Во-вторых, количество обнаруженного материала поражает. По словам доктора Кэти Хестерли, его «потенциально достаточно для создания планетных систем, превосходящих по размерам нашу Солнечную систему». Это говорит о том, что природа не скупится на стройматериалы, и рождение планет может быть скорее правилом, чем исключением во Вселенной.
От гальки к гигантам: взгляд в будущее
Нынешнее открытие — это лишь первая ласточка. e-MERLIN показал, что это возможно, он нащупал путь. Следующий шаг — превратить единичные наблюдения в масштабное исследование. И здесь на сцену выйдет телескоп следующего поколения — Square Kilometre Array (SKA), строительство которого ведётся в Южной Африке и Австралии.
«e-MERLIN демонстрирует, что возможно уже сейчас, а телескоп SKA продвинется ещё дальше», — с оптимизмом отмечает доктор Хестерли.
Когда SKA начнёт свою работу в следующем десятилетии, астрономы смогут изучать не две, а сотни и тысячи протопланетных систем с беспрецедентной детализацией. Мы сможем составить настоящую карту распределения «гальки» в галактике, понять, какие условия способствуют рождению планет, а какие — нет.
Это исследование возвращает нас к мысли о нашем собственном доме. 4,5 миллиарда лет назад где-то в Млечном Пути точно так же кружился диск из газа и пыли. В нём слипались микроскопические частицы, превращаясь в ту самую гальку, которая затем собралась в Меркурий, Венеру, Марс и нашу Землю. Увидев этот процесс вживую у других звёзд, мы, по сути, заглядываем в прошлое нашей собственной Солнечной системы. И каждый такой взгляд приближает нас к ответу на вечный вопрос: одиноки ли мы во Вселенной? Судя по обилию космической гальки, шансы на то, что где-то есть другие миры, только что стали немного выше.