Другими словами, наблюдаемые свойства многих планетных систем на ранних стадиях формирования не подходят экзопланетам, которые составляют основную часть популяции планет в нашей галактике. «Мы предлагаем сценарий, который ранее казался невозможным: супер-Земля может создавать многочисленные „прорехи“ в дисках», — говорит Жобин Дун из Аризонского университета (США).

«Впервые мы можем согласовать загадочные элементы диска и популяцию планет, которые наиболее распространены в нашей галактике. Как точно планеты формируются — все еще открытый вопрос», — говорит Дун. «Телескоп „Кеплер“ нашел тысячи планет, но они все очень старые, вращающиеся вокруг звезд возрастом несколько миллиардов лет, как наше Солнце, — объясняет он. — Можно сказать, что мы смотрим на самых старых жителей нашей галактики, но не знаем, как они родились».

Чтобы найти ответ, астрономы устремляют свой взор туда, где формируются новые планеты, — к протопланетным дискам. Такие диски образуются, когда огромные облака межзвездного газа и пыли конденсируются под влиянием гравитации, а после закручиваются в завихряющийся диск. В центре протопланетного диска сияет молодая звезда, которой всего несколько миллионов лет.

Микроскопические частицы пыли объединяются с зернами песка, зерна песка склеиваются и формируют камушки. Они, в свою очередь, собираются вместе и становятся астероидами, а позже — планетами. В конечном счете, появляется планетная система.

«Эти диски живут очень недолго, — объясняет Дун. — Со временем материал рассеивается, но мы не знаем точно, как это происходит. Мы видим диски вокруг звезд возрастом 1 млн лет, но не видим их вокруг звезд, которым 10 млн лет».

При самых вероятных сценариях большая часть материала диска остается на звезде, часть уносит звездная радиация, и остаток уходит на формирование планет. Хотя протопланетные диски наблюдаются в относительной близости от Земли, чрезвычайно сложно вычислить планеты, которые могут там формироваться. Исследователи полагались на «пробелы» в дисках и кольца, которые говорят о наличии планет.

«Среди объяснений происхождения этих „прорех“ и колец самые интересные, конечно, те, в которых участвуют планеты, — говорит соавтор исследование Шэнтай Ли из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США). — Когда планета вращается вокруг звезды, она очищает путь вокруг своей орбиты, и результатом будет дыра, которую мы видим».

Однако реальность оказалась немного более сложной, показали наблюдения протопланетных дисков, сделанные Атакамской большой антенной решёткой (ALMA) — комплексом радиоантенн от 7 до 12 метров в диаметре.

Фотографии звезд HL Тельца и TW Гидры, сделанные в 2014 и 2016 годах, показали мельчайшие детали протопланетного диска. Некоторые элементы сложно, даже невозможно объяснить текущими моделями формирования планет, говорит Дун. «Из „дыр“ в HL Тельца и TW Гидры, которые показал ALMA, две пары крайне узкие и находятся очень близко друг к другу», — объясняет он.

«Общепринятая теория говорит, что планета не может проделать такие „дыры“ в диске. Они не могут быть такими узкими и располагаться так близко друг другу по физическим причинам», — говорит он. В случаях HL Тельца и TW Гидры должны были присутствовать две планеты, чьи орбиты очень близко обнимают друг друга. Сценарий был бы не стабилен и потому маловероятен.

Хотя предыдущие модели могли объяснить крупные единые пробелы, которые указывали на то, что планеты расчищают материал и пыль на своем пути, они не учитывали самые сложные элементы, открытые в ходе наблюдений ALMA.

Модель, созданная Дуном и его соавторами, привела к тому, что команда называет синтетическими наблюдениями — симуляции, которые выглядят точно как то, что ALMA видит на небе.

Команда Дуна сделала это, меняя параметры в симуляции развивающегося протопланетного диска. Например, ученые предположили низкую вязкость протопланетного диска и «добавила» пыли. Большинство предыдущих симуляций были основаны на более высокой вязкости и рассматривали только газовый компонент диска.

«Вязкость в протопланетных дисках может зависеть от турбулентности и других физических эффектов, — говорит Ли. — Это какая-то загадочная субстанция — мы знаем, что она там, но не знаем ее происхождения и значения. Поэтому мы думаем, что наши предположения оправданы, учитывая, что их результат — модель, которую на самом деле наблюдали на небе».

Что еще более важно, синтетические наблюдения появились от симуляций, в которых не использовались газовые гиганты размером с Юпитер и выше. «Одной супер-Земли было достаточно, чтобы создать множество колец и узких пробелов, которые мы видим в реальных наблюдениях», — говорит Дун.

Новое исследование узнает больше о внутреннем устройстве протопланетных дисков. Дун и его команда уточнят их симуляции.

Сейчас их синтетические наблюдения предлагают интригующий сценарий, который обеспечивает недостающее звено между элементами, которые наблюдаются у многих юных планет и их взрослых собратьев.