Исследование, принятое к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, было проведено группой специалистов из Лейденской обсерватории. Анализ показал, что средняя величина радиуса двух третей наблюдаемых дисков составляет всего шесть астрономических единиц — примерно как размер орбиты Юпитера. Радиус одного диска составлял всего 0,6 AU, что меньше орбитального расстояния Земли от Солнца.

Яркие, массивные диски могут не соответствовать норме

В течение многих лет изображения больших протопланетных дисков с видимыми разрывами формировали наше понимание того, как образуются планеты. Считалось, что эти разрывы указывают на регионы, где зарождаются гигантские планеты. Однако новое исследование показывает, что эти большие диски представляют собой лишь небольшое подмножество всех типов дисков.

Кандидат наук Осмар М. Герра-Альварадо, соавтор исследования, объясняет:

«Эти результаты полностью меняют наше представление о том, как выглядит «типичный» протопланетный диск. Только самые яркие диски, которые легче всего наблюдать, демонстрируют крупномасштабные разрывы, в то время как компактные диски без таких субструктур встречаются гораздо чаще».

Большинство небольших дисков в выборке были найдены вокруг звезд с массой от 10 до 50 процентов от массы Солнца — в эту категорию входит большинство звезд во Вселенной.

Связь размеров дисков с популяциями экзопланет

Последствия выходят далеко за рамки структуры диска. По мнению Марианы Б. Санчес, постдокторанта Лейденской обсерватории, эти компактные диски являются идеальной средой для формирования суперземель — скалистых планет, которые больше Земли, но меньше Нептуна.

«Наблюдения также показывают, что эти компактные диски могут иметь оптимальные условия для формирования так называемых суперземель, поскольку большая часть пыли находится вблизи звезды, где обычно и обнаруживаются суперземли», — говорит Санчес. Она является постдоком в Лейденской обсерватории и одним из авторов этого исследования. Суперземли — это скалистые планеты, похожие на Землю, но с массой, в десять раз превышающей массу нашей планеты. Это также может объяснить, почему суперземли часто встречаются вокруг звезд с низкой массой.

Эта тенденция также помогает объяснить, почему суперземли чаще всего наблюдаются вокруг звезд с низкой массой, а газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, встречаются реже.

Переоценка того, как наша собственная Солнечная система вписывается в картину

Команда предполагает, что наша собственная Солнечная система с ее большими и удаленными газовыми планетами может не соответствовать норме. Напротив, системы с меньшими дисками и более близкими каменистыми планетами могут быть более типичными для всей Галактики.

Ассистент профессора Ниенке ван дер Марел считает, что полученные результаты позволяют установить важнейшую связь между системами молодых звезд и экзопланетами, наблюдаемыми вокруг более старых звезд:

«Открытие того, что в большинстве малых дисков нет разрывов, предполагает, что в большинстве звезд нет планет-гигантов. Это согласуется с тем, что мы видим в популяциях экзопланет вокруг полноразмерных звезд. Эти наблюдения напрямую связывают популяцию дисков с популяцией экзопланет».

Новый ориентир для исследований формирования планет

До сих пор большинство исследований ALMA с высоким разрешением было сосредоточено на больших, более ярких дисках, которые было легче изобразить. Компактные диски, хотя и были известны, обычно были слишком тусклыми или маленькими, чтобы их можно было разрешить. Новое исследование, объединяющее как новые, так и архивные данные ALMA, представляет собой первую полную перепись с высоким разрешением всех известных дисков во всей звездообразующей области.

С разрешением всего 0,030 арксекунды наблюдения позволяют получить беспрецедентное представление о разнообразии дисков. По словам Ван дер Марела, эти результаты исправляют давнее предубеждение:

«Исследование показывает, что мы долгое время ошибались в том, как выглядит типичный диск. Очевидно, что мы относились с предубеждением к самым ярким и большим дискам. Теперь у нас наконец-то есть полный обзор дисков всех размеров».

Полученные результаты могут повлиять на будущие миссии телескопов и по-новому определить, где астрономы будут искать потенциально пригодные для жизни экзопланеты.

Это открытие имеет далеко идущие последствия для нашего понимания формирования планетных систем. Раньше считалось, что большие диски с разрывами, указывающими на формирование планет-гигантов, являются нормой. Новое исследование показывает, что это лишь верхушка айсберга, и что компактные диски без разрывов встречаются гораздо чаще.

Эти компактные диски являются идеальной средой для формирования суперземель, скалистых планет, которые больше Земли, но меньше Нептуна. Это связано с тем, что большая часть пыли находится вблизи звезды, где обычно и обнаруживаются суперземли. Это также может объяснить, почему суперземли чаще встречаются вокруг звезд с низкой массой.

Исследование также ставит под сомнение наше понимание того, как наша собственная Солнечная система вписывается в общую картину. С ее большими и удаленными газовыми планетами, она может не соответствовать норме. Системы с меньшими дисками и более близкими каменистыми планетами могут быть более типичными для всей Галактики.

В целом, это исследование представляет собой значительный шаг вперед в нашем понимании формирования планет. Оно показывает, что существует гораздо больше разнообразия планетных систем, чем мы думали раньше, и что наша собственная Солнечная система может быть не такой уж и типичной.