Формирование звёзд и планет долгое время считалось отдельными, последовательными процессами. Однако в новом исследовании учёные из Научно-исследовательского института Southwest Research Institute (SwRI) смоделировали иной сценарий, где планеты начинают развиваться на ранних стадиях — на финальных этапах формирования звезды, а не после их завершения, как предполагалось ранее. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60017-8) в журнале Nature Communications.
Среди тысяч известных экзопланет существует множество компактных систем, в которых несколько планет вращаются очень близко к своей центральной звезде. Это контрастирует с нашей Солнечной системой, в которой нет планет, вращающихся ближе, чем Меркурий.
Интересно, что в компактных системах общее соотношение масс планет в каждой системе относительно массы центральной звезды удивительно стабильно для сотен систем. Причина такого общего соотношения масс остаётся загадкой.
Доктор Ралука Руфу и доктор Робин Кануп из отдела наук о Солнечной системе и исследований в Боулдере, Колорадо, использовали передовые симуляции, которые показывают, что выжившие рано сформированные планеты соответствуют множеству наблюдаемых особенностей компактных систем, включая как тесные планетарные орбиты, так и общее соотношение масс. Раннее развитие планет также согласуется с предыдущими наблюдениями дисков вокруг молодых звёзд, сделанными с помощью телескопа Atacama Large Millimeter Array (ALMA).
«Компактные системы — одна из величайших загадок экзопланетной науки», — сказала Руфу, научный сотрудник Sagan и ведущий автор статьи в Nature Communications, описывающей это исследование. «Они содержат несколько скалистых планет аналогичного размера, как горох в стручке, и общее соотношение масс, которое сильно отличается от планет нашей Солнечной системы».
«Интересно, что общее соотношение масс, наблюдаемое в компактных экзопланетных системах, похоже на соотношение масс спутниковых систем наших газовых планет. Считается, что эти спутники сформировались, когда газовые планеты завершили своё формирование. Это похоже на мощный ключ к тому, что компактные системы могут отражать аналогичный основной процесс», — сказал Кануп.
Звезда формируется, когда молекулярное облако газа и пыли коллапсирует под действием собственной гравитации. По мере того как материал из облака падает к центральной звезде, он сначала откладывается в околозвёздный диск, вращающийся вокруг звезды. После окончания падения диск сохраняется в течение нескольких миллионов лет, прежде чем его газ рассеется. Планеты формируются в диске, начиная с столкновений и накопления пыли и заканчивая гравитационной сборкой планет.
«Принято считать, что сборка планет началась после окончания звёздного падения. Однако недавние наблюдения ALMA предоставляют убедительные доказательства того, что планетарная аккреция, или формирование, может начаться раньше», — сказала Руфу. «Мы предполагаем, что компактные системы — это выжившие остатки аккреции планет, которая произошла на заключительных этапах падения».
Новые численные симуляции показывают, что во время падения растущие планеты собирают скалистый материал, в то время как их орбиты постепенно закручиваются внутрь из-за взаимодействия с окружающим газом диска.
По мере того как планета набирает массу, её миграция по орбите внутрь ускоряется, так что планеты выше критической массы падают в звезду и поглощаются. Этот баланс между ростом планет и их потерей приводит к появлению планет одинакового размера с характерными массами, определяемыми условиями падения и диска.
«Мы обнаружили, что планеты, которые аккрецируют во время падения, могут выжить до тех пор, пока газовый диск не рассеется и миграция по орбите не прекратится», — сказал Кануп. «Важно отметить, что в широком диапазоне условий масса выживших систем пропорциональна массе центральной звезды, что впервые объясняет схожее соотношение масс наблюдаемых компактных систем с несколькими планетами».
Представленный процесс аналогичен тому, как могут формироваться спутники вокруг гигантских планет, таких как Юпитер. Спутники растут в диске, окружающем планету, который питается падающим газом и пылью из околозвёздного диска.
Ключевое различие заключается во времени: диски, формирующие спутники, быстро рассеиваются после прекращения падения, в то время как диски, формирующие планеты вокруг звёзд, могут существовать до нескольких миллионов лет. Эта тонкая разница приводит к несколько меньшему соотношению масс для компактных планетарных систем, чем для систем спутников газовых планет.
«Волнительно видеть, что процесс ранней сборки в молодых дисках может работать аналогичным образом на очень разных масштабах», — отмечает команда.
Предоставлено Southwest Research Institute