Строение протопланетного диска, рост пыли, образование планет и результаты ALMA.
От облака к диску
Звезда рождается при гравитационном сжатии холодного молекулярного облака. Сохранение углового момента превращает падающее вещество в вращающийся диск вокруг протозвезды. Газ составляет основную массу, а небольшая доля пыли даёт материал для твёрдых тел.
Диск не является плоской однородной пластинкой. Температура и плотность меняются с расстоянием и высотой; существуют турбулентность, магнитные поля, спирали, кольца и потоки вещества на звезду.
Рост планет
Пылинки сталкиваются и слипаются, растут до гальки и концентрируются в областях давления. Следующий важный этап — формирование километровых планетезималей, которые гравитационно собирают зародыши планет. Газовые гиганты должны накопить ядро и атмосферу до рассеивания газа.
Другой возможный путь для массивных холодных дисков — гравитационная неустойчивость и фрагментация. Относительная роль механизмов зависит от условий; одного универсального сценария для всех планетных систем нет.
Что видит ALMA
ALMA наблюдает холодную пыль и молекулярный газ на миллиметровых волнах. Кольца и пробелы могут быть следами молодых планет, но их создают и другие процессы, поэтому структура сама по себе не всегда доказательство планеты.
Диски живут несколько миллионов лет. Их химический состав, снеговые линии и миграция молодых планет помогают объяснить разнообразие обнаруженных систем.
Снеговые линии
На разных расстояниях температура позволяет конденсироваться разным веществам. За водяной снеговой линией лёд увеличивает запас твёрдого материала; ближе к звезде вода находится в газе. Положение линий меняется по мере эволюции диска и влияет на состав растущих тел.
От пыли к гальке
Микронные зёрна слипаются при мягких столкновениях. При росте возникают барьеры: частицы могут отскакивать, дробиться или быстро дрейфовать к звезде из-за сопротивления газа. Локальные максимумы давления задерживают гальку и помогают ей концентрироваться.
Планетезимали
Потоковая неустойчивость способна собрать плотные скопления гальки, которые коллапсируют под собственной гравитацией. Получившиеся планетезимали сталкиваются и растут. Этот переход важен, потому что крупное тело уже удерживает материал гравитацией.
Каменистые и газовые планеты
Внутри диска твёрдые зародыши сталкиваются и формируют планеты земного типа. Дальше от звезды ядро может быстро набрать несколько земных масс и захватить водородно-гелиевую оболочку. Если газ рассеется раньше, останется ледяной или каменистый мир меньшей массы.
Миграция
Планета обменивается угловым моментом с газом и способна двигаться внутрь или наружу. Несколько планет входят в резонансы и рассеивают друг друга. Поэтому современная орбита не обязательно совпадает с местом рождения.
Рассеивание диска
Аккреция на звезду, звёздный ветер и фотоиспарение постепенно убирают газ. Пылевой диск переходит в диск обломков, поддерживаемый столкновениями малых тел. Временное окно для формирования газового гиганта ограничено.
Как читать изображения ALMA
Яркое кольцо показывает распределение излучающей пыли на выбранной длине волны, а не фотографию твёрдой поверхности. Оптическая толщина, размер зёрен и обработка данных влияют на яркость. Кинематическое возмущение газа вместе с кольцом даёт более сильное свидетельство планеты, чем один пробел.