Астрономы зафиксировали планетную систему в момент, когда твердые частицы начали образовывать планеты, что показывает, как начинают формироваться планеты так же, как когда-то образовалась Земля.

Об этом сообщает издание Последние события со ссылкой на пресс-релиз Европейской южной обсерватории.

Молодая звезда HOPS-315 находится на расстоянии около 1300 световых лет в созвездии Ориона. Вокруг нее вращается диск из газа и пыли, где температура достаточно высока, чтобы расплавить камень, но достаточно низкая, чтобы эти камни могли снова сформироваться.

Мелисса МакКлюр из Лейденского университета возглавила международную команду, которая собрала воедино эти первые моменты формирования планет. Это открытие дает исследователям живой лабораторный образец, который отражает начало истории Солнечной системы.

В примитивных метеоритах крошечные включения, богатые кальцием и алюминием, свидетельствуют о том, что Солнечная система начала формироваться 4,567 миллиарда лет назад. Эти включения конденсировались из раскаленного пара и засеяли каждую планету земного типа.

Поскольку это началось с конденсации, зафиксировать этот шаг за пределами Солнца было мечтой астрономов.

Новое наблюдение является первым случаем, когда телескоп увидел газообразный монооксид кремния (SiO) рядом со свежекристаллизованными силикатами в одной и той же области протопланетного диска.

Команда МакКлюр обнаружила минералы на орбите, сравнимой с нашим поясом астероидов. Это совпадение имеет значение, поскольку связывает раннюю химию с регионом, который позже наполнил Землю водой и металлами.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) собирает инфракрасный свет, который проникает сквозь пылевой кокон, окутывающий HOPS-315, и обнаружил четкий отпечаток молекул горячего SiO.

Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA) затем измерила ту же область на миллиметровых волнах и составила карту, откуда исходит свечение.

Объединив эти два вида, ученые подтвердили, что как газообразная, так и твердая формы кремния занимают кольцо, которое находится не далее 2 астрономических единиц от звезды.

Обработка этих наблюдений является сложной, поскольку HOPS-315 также генерирует джет, богатый SiO. Команда отделила сигнал джета от сигнала диска, проверив скорости: газ джета движется наружу, тогда как материал диска вращается спокойно.

Окончательная проверка заключалась в сравнении яркости различных линий SiO. Соотношение соответствовало лабораторным прогнозам относительно активно конденсирующегося пара, что придало еще больше уверенности в результате.

Кристаллические силикаты появляются там, где охлаждаемый пар сталкивается с резким падением температуры. Наличие обеих фаз в одном месте означает, что конденсация происходит именно сейчас, а не давно или далеко в другой части диска.

«Этот процесс никогда ранее не наблюдался в протопланетных дисках или где-либо за пределами нашей Солнечной системы», — сказал Эдвин Бергин из Мичиганского университета, соавтор исследования.

Он добавляет, что эти минералы такие же, как те, что содержатся в 4,5-миллиардных метеоритах на шельфах Земли.

«Мы действительно видим эти минералы в той же локации в этой внесолнечной системе, где мы видим их в астероидах Солнечной системы», — сказал соавтор исследования Логан Фрэнсис. Он отмечает, что зона конденсации находится почти на том же орбитальном радиусе, что и наш астероидный пояс.

Зерна минералов имеют размер менее микрометра, но они являются первым шагом к образованию планетезималей размером в километры. Электростатические силы будут заставлять их сгущаться в течение тысячелетий, пока не возьмет верх гравитация.

Лабораторные исследования показывают, что сначала конденсируются минералы, богатые кремнием и кислородом, за ними быстро следуют железо-никелевые сплавы, а затем более летучие соединения.

Наличие горячего пара SiO вокруг HOPS-315 указывает на то, что там происходит подобный химический процесс.

Оценив светимость звезды и температурный градиент диска, группа МакКлюр пришла к выводу, что кристаллические силикаты могут составлять около десятой части массы Луны. Этого достаточно, чтобы зародить несколько каменистых планет, если дальнейший рост будет эффективным, как показывают модели.

Изотопные исследования хондритов указывают на то, что самые первые строительные блоки нашей Солнечной системы сформировались в течение первого миллиона лет, что сейчас можно проверить в реальном времени с помощью HOPS-315.

Сопоставление астрономических данных с изотопными хронометрами обещает гораздо более четкое представление о формировании планет, чем исследование метеоритов.

В течение следующего года ALMA вернется к HOPS-315, чтобы поискать водяной лед дальше в диске.

Если вода выстроится за силикатным кольцом, астрономы смогут проверить, мигрируют ли каменистые зародыши внутрь, прежде чем они приобретают ледяную оболочку, что может объяснить, почему Земля в результате получила океаны.

JWST будет отслеживать, как меняется сигнатура SiO. Постоянное снижение будет указывать на испарение, тогда как резкий рост может свидетельствовать о вспышках нагрева от магнитных вспышек или спиральных ударов.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.