Кольца протопланетных дисков помогут ученым определить массу скрытых планет

Исследователи из Уорикского университета, Массачусетского технологического института и Университета Макмастера представили новый метод определения массы скрытых экзопланет. Основой для расчетов стали структуры пылевых колец, окружающих молодые звезды.

Природа протопланетных дисков

Протопланетные диски представляют собой гигантские облака газа и пыли, вращающиеся вокруг звезд на ранних этапах их формирования. С развитием астрономической техники стало очевидно, что эти объекты не являются однородными — они состоят из множества концентрических колец, разделенных пустотами. В процессе формирования планет гравитация расчищает пространство, собирая вещество в плотные полосы.

Планетарные отпечатки

Научная группа сосредоточилась на изучении самих колец, рассматривая их как своеобразные отпечатки планет. Согласно результатам исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal, даже если планета слишком мала или скрыта в густом слое пыли, ее влияние на окружающую среду позволяет вычислить ее массу.

• Ширина кольца
• Общая масса пыли в структуре
• Положение наиболее яркой точки кольца

Наиболее надежным индикатором оказалась яркость кольца. Астрофизики установили, что с увеличением массы планеты точка максимальной яркости смещается по предсказуемой траектории. Этот алгоритм остается точным вне зависимости от размера частиц пыли, что дает ему значительное преимущество перед существующими методами анализа.

Пределы роста и ограничения метода

Исследование выявило интересную закономерность: зависимость ширины кольца от массы планеты не бесконечна. После достижения определенного порога массы, называемого пределом изоляции гальки, кольцо перестает расширяться. Планета начинает выступать барьером, блокирующим приток материала из внешних частей диска. В результате планеты меньшей массы формируют широкие и менее плотные кольца, а более массивные — узкие и компактные структуры.

Практическое применение

Эффективность модели была подтверждена на примере системы PDS 70, где полученные данные совпали с результатами предыдущих измерений. Несмотря на успешные испытания, эксперты отмечают ряд ограничений:

• Модель не учитывает миграцию планет внутри диска
• Не принимается во внимание влияние пыли на газ
• Не учитываются процессы дробления или роста пылевых частиц

Кроме того, одна планета в дисках с низкой вязкостью способна порождать сразу несколько колец, что усложняет интерпретацию данных. Тем не менее, новый подход открывает широкие возможности для изучения экзопланет, которые ранее оставались недоступными для прямого наблюдения.

Твитнуть