В истории астрономии произошло событие, ставшее настоящим прорывом — ученые впервые зафиксировали момент, когда вокруг молодой звезды начинается формирование планет. Объект наблюдений — протозвезда HOPS-315, находящаяся на расстоянии примерно 1300 световых лет от Земли. Благодаря синергии двух крупнейших астрономических инструментов современности — Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) и космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) — получены уникальные данные о самых ранних стадиях рождения новой солнечной системы. Эти наблюдения позволяют проникнуть в тайны возникновения планет, что крайне важно для понимания происхождения и эволюции нашей собственной Солнечной системы. HOPS-315 представляет собой «младенца» среди звезд — протозвезду, которая только начинает процесс формирования окружающего ее диска из газа и пыли, именуемого протопланетным диском.
Именно в таких дисках и рождаются планеты. Долгое время астрономам удавалось наблюдать уже сформировавшиеся или формирующиеся массивные планеты, однако свидетельства о зарождении планетарных тел на самой ранней стадии оставались недоступными. Исследование, проведенное группой ученых под руководством профессора Мелиссы Макклур из Лейденского университета, впервые выявило сигналы начала конденсации твердых минералов в окружающем протозвезду диске. Ключевым открытием стало обнаружение силикон монооксида (SiO) в двух формах: как газа и как составляющей твердых кристаллических минералов. Вращающийся вокруг HOPS-315 диск содержит горячие минералы, которые только начинают затвердевать, переходя из газообразного состояния в твердые частицы.
Этот процесс является первым шагом в формировании так называемых планетезималей — первоначальных твердых тел, из которых со временем формируются планеты. Ранее было известно, что именно такая конденсация минералов происходила в самом начале истории Солнечной системы, что подтверждается исследованием древних метеоритов, содержащих подобные кристаллы. Однако подобные процессы до сих пор не были зафиксированы вне пределов нашей звездной системы. Сочетание возможностей телескопов ALMA и JWST сыграло решающую роль в этом открытии. ALMA, расположенный в высокогорной пустыне Атакама, специализируется на наблюдениях в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, что позволяет изучать холодный газ и пыль в протопланетных дисках.
Телескоп Джеймса Уэбба, работающий в инфракрасном диапазоне, обеспечивает высокое разрешение и чувствительность к тепловым сигналам, что помогает выявлять горячие минералы и их переход в твердую фазу. Комбинация данных позволила ученым не только зафиксировать вещество, но и понять, где именно в диске происходят ключевые процессы. Оказалось, что первые твердые частицы формируются в зоне, аналогичной по расстоянию орбите астероидного пояса в нашей Солнечной системе, что делает HOPS-315 отличным аналогом для изучения происхождения Земли и соседних планет. Важно отметить, что вокруг протозвезды наблюдаются мощные газовые выбросы и узкие струи из силикон монооксида и угарного газа, образующие характерный «бабочковый» узор. Эти потоки и струи являются обычным явлением для молодых звезд, однако именно их изучение позволяет выяснить динамику и химию окружающей среды, способствующей образованию твердых минералов.
Наличие этих специфических газов в дополнение к твердой фазе минералов свидетельствует о непрерывном и активном процессе конденсации, что ранее не удавалось зафиксировать с такой точностью. Для астрономов наблюдение за вновь формирующейся солнечной системой — это возможность заглянуть в прошлое, изучить условия и процессы, которые привели к образованию планет, включая землю. Наши знания о ранних этапах планетообразования до сих пор опирались главным образом на исследование метеоритов и моделирование, поэтому реальное наблюдение подобного события в других звездных системах представляет бесценный опыт. Учёные подчеркивают, что система HOPS-315 является одной из наиболее перспективных для изучения первичных фаз формирования планет и может стать эталоном для сопоставления с другими молодыми звездами в нашей галактике. Открытие также касается широкой сферы экзопланетологии — науки, изучающей планеты за пределами нашей Солнечной системы.
Раньше было сложно понять, как именно формируются твердые планеты, похожие на Землю и Марс, ведь они проходят через множество этапов сперва агрегации пыли, затем формирования комет, астероидов и, наконец, полноценных планет. Теперь же благодаря новым данным ученые могут уточнить модели развития и увеличить точность предсказаний по развитию других звездных систем. Это имеет фундаментальное значение для поиска обитаемых миров и понимания условий, необходимых для возникновения жизни. Ведущий автор исследования, профессор Мелисса Макклур, отмечает, что зафиксированное состояние является самым ранним из всех известных на сегодняшний день и подтверждает теорию, согласно которой твердые тела начинают формироваться очень быстро после рождения звезды. Аналогично с нашим Солнцем, вокруг которого со временем возникли планеты, в частности Земля, процессы конденсации минералов и образование планетезималей начинается уже в первые сотни тысяч лет после появления протозвезды.
Профессор Мерел ван 'т Хоф из Университета Пердью сравнивает текущие исследования с «картиной младенческой солнечной системы», подчеркивая важность наблюдения за ранними этапами развития, которые до сих пор были скрыты от человеческого взгляда. Эти результаты открывают новый этап исследований, позволяя не только реконструировать историю формирования нашей Солнечной системы, но и лучше понимать универсальные механизмы превращения звезды с окружением в полноценную планетарную систему. Отдельно стоит подчеркнуть международное сотрудничество в этом проекте. ALMA — это результат объединения усилий Европейской Южной Обсерватории (ESO), Национальной астрономической обсерватории Японии и Национального радиоастрономического обсерватория США, а JWST — совместный проект космических агентств США, Европы и Канады. Комбинация таких ресурсов позволила получить данные с ранее недосягаемой точностью и детализацией.
Уже сейчас астрономы планируют расширить область наблюдений, исследовать другие протозвезды и протопланетные диски с целью закрепления и развития полученных выводов. Уникальная возможность изучать процесс планетообразования напрямую в реальном времени помогает переписать учебники по астрономии и получить ключевые ответы на вопросы о происхождении мира, в котором мы живем. В перспективе результаты этого исследования могут повлиять и на смежные дисциплины, включая космохимию, планетологию и астрофизику формирования атмосферы и условий для развития жизни на планетах. Понимание механизмов конденсации силикатных минералов и их роль в построении планетных тел помогает лучше представлять физические и химические особенности ранних небесных объектов. Подводя итог, можно утверждать, что наблюдения системы HOPS-315 стали поворотным моментом в астрономии XXI века.
Они дали человечеству качественно новый взгляд на этапы формирования планетарных систем и предоставили аналог Солнечной системы в ее младенчестве, доступный для исследования. Это открытие не только расширяет горизонты наших знаний, но и вдохновляет на дальнейшие поиски ответов в бескрайних просторах космоса.
