Гигантский протопланетный диск оказалось очень трудно объяснить

Протопланетный диск располагающейся в 80 световых годах от нас звезды HD 202862 спектрального класса G2V (практически двойник нашего Солнца) имеет в диаметре 400 а. е., а в толщину — 70. На расстоянии в 140 а. е. от этого светила, предположительно, находится планета, что не укладывается в стандартную модель планетарной системы. Как это могло случиться и что из этого следует?

«Как на таком удалении оказалась планета? Мы понятия не имеем, как она могла там сформироваться», — признался Карл Стэплфельд из Центра космических полётов Годдарда. Доклад о ситуации вокруг HD 202862 был сделан на 220-й встрече Американского астрономического общества, прошедшей 14 июня в Анкоридже (США). Действительно, на этом фоне меркнет даже пресловутый протопланетный диск вокруг Фомальгаута.

В центре диск образует пустоту, простирающуюся, по предварительным данным, на 28 а. е. от звезды. В одной из частей диска наблюдаются следы гравитационного влияния («эффект пастуха») ещё не обнаруженной непосредственно планеты. «Вы не можете получить такую структуру, если кто-то не собирает все частицы вокруг себя [своим тяготением]», — отмечает астроном.

Расчётный район расположения этой планеты необъясним. Даже Плутон, находящийся не далее 50 а. е. от Солнца, считается частью пояса Койпера, а не планетой, а тут сразу 140 а. е. и нормальная (судя по орбите) планета, куда большей массы. Причём по почти ровной круговой орбите, вытекающей из круговой формы следа, оставленного гипотетической планетой в протопланетной туманности, следует, что она не из бродячих, как можно было бы предположить, а сформировалась на месте, в этой солнечной системе. Как это оказалось возможным на столь огромном удалении от звезды? Нынешние представления о формировании планет несовместимы с таким положением вещей.

Другой большой проблемой является возраст. Ранние оценки возраста звезды HD 202862 в 5 и более млрд лет не сопрягаются с наличием у неё протопланетного диска. Поэтому исследователи обратили внимание на содержание в её спектральных линиях веществ, характерных для более молодых звёзд, и уменьшили возраст до 2,3 млрд лет. И всё равно это очень много, половина времени существования Солнечной системы. Солнце появилось 4,6 млрд лет назад, Земля — 4,5 млрд, а жизнь на ней зафиксирована находками древностью как минимум в 3,5 млрд лет. Иными словами, за то время, которое существует HD 202862, наше Солнце, его близнец по спектральному классу, успело уже более миллиарда лет как породить жизнь, а от протопланетного облака через пару миллиардов лет после появления нашего светила не осталось и следа (2,3 млрд лет назад наша планетарная система существовала давно и непоколебимо). Что же так замедлило развитие HD 202862?..

Исследователи полагают, что планета, создавшая «прорезь» в протопланетном диске, должна была сформироваться намного ближе к звезде, а затем мигрировать вовне. Но тут есть два очень сложных момента. Во-первых, не совсем ясно, что вызвало столь дальнюю миграцию. Следов других планет в диске нет. Значит, гравитационный резонанс отпадает, а другие механизмы подобной миграции пока неизвестны астрономам. Во-вторых, и это даже важнее, такая миграция должна была оставить колоссальные следы в протопланетном облаке: по мере путешествия планета притягивала бы близлежащее вещество своей гравитацией, то есть наблюдаемый диск относительно правильной формы был бы невозможен. Следовательно, по неясным причинам, миграция происходила очень плавно и постепенно. Однако это означает, что такая планета должна существовать очень долго, начать свою миграцию от звезды очень давно, и, конечно, в свете этого не очень понятно, почему она существует и удаляется столь длительное время, тогда как процесс формирования других планет из протопланетного диска не только не завершился, но, судя по огромному размеру диска, не завершится ещё очень долго.

Какими бы ни были причины этих странных задержек, интенсивно обсуждаемых сейчас астрономами, теперь мы точно знаем, что сценарий развития Солнечной системы даже для звёзд, предельно похожих на Солнце по металличности и спектральному классу, не является обязательным.

Подготовлено по материалам ScienceNews и Astronomical Journal (preprint).