Международная группа ученых впервые в истории зафиксировала самый первый момент, когда вокруг далекой звезды начали рождаться планеты. С помощью мощных телескопов ALMA и «Джеймс Уэбб» они разглядели, как в космической колыбели зарождаются первые крупицы будущих планет — раскаленные минералы, которые только-только начинают твердеть. Это открытие похоже на машину времени: оно позволяет заглянуть в прошлое и увидеть, как выглядела наша собственная Солнечная система в младенчестве, еще до того, как в ней сформировались планеты.

Подробности опубликованы в издании Nature.

Впервые мы смогли поймать самый ранний этап формирования планет вокруг звезды, которая не является нашим Солнцем, — говорит Мелисса МакКлюр, профессор Лейденского университета и ведущий автор нового исследования.

Ее коллега, профессор Мерел ван ’т Хофф из Университета Пердью, сравнивает их находку с «фотографией Солнечной системы в детстве». По ее словам, они наблюдают систему, которая очень похожа на то, как наша выглядела на заре своего существования.

Эта новорожденная планетная система формируется вокруг звезды HOPS-315. Это протозвезда, или «звезда-младенец», которая находится от нас на расстоянии 1300 световых лет и является почти точной копией молодого Солнца. Вокруг таких звезд астрономы часто обнаруживают диски из газа и пыли — протопланетные диски, которые и являются колыбелью для новых планет. Ранее ученые уже видели молодые диски, в которых уже есть огромные планеты, подобные Юпитеру. Но теперь они нашли то, что было до них.

Мы всегда знали, что первые твердые частицы планет, или планетезимали, должны были сформироваться гораздо раньше, — поясняет МакКлюр.

Чтобы понять, как это происходило, ученые изучают древнейшие метеориты в нашей Солнечной системе. В них, как в капсуле времени, сохранились первые твердые минералы, которые сконденсировались из горячего газа рядом с тем местом, где сейчас находится Земля. Эти минералы, содержащие оксид кремния (SiO), образуются при экстремально высоких температурах. Со временем эти крошечные крупицы сталкиваются и слипаются, становясь все больше и массивнее, пока не превращаются в первые зародыши планет размером в километр. Именно из них потом вырастут и Земля, и ядро Юпитера.

Новое открытие как раз и позволило астрономам увидеть, как эти самые раскаленные минералы начинают конденсироваться в диске вокруг звезды HOPS-315. Данные показывают, что вокруг звезды присутствует как газообразный оксид кремния, так и его твердая форма. Это значит, что процесс кристаллизации только-только начался.

Мы никогда раньше не видели этот процесс в протопланетном диске — да и вообще где-либо  за пределами нашей Солнечной системы, — говорит соавтор исследования Эдвин Бергин из Мичиганского университета.

Сначала минералы обнаружил телескоп «Джеймс Уэбб». Чтобы точно определить, откуда исходит сигнал, команда направила на систему массив антенн ALMA в чилийской пустыне Атакама.

Данные показали, что сигнал идет из небольшой области диска, которая по своему расположению соответствует поясу астероидов в нашей Солнечной системе.

Мы видим эти минералы в том же самом месте в этой чужой системе, где мы находим их в астероидах у себя дома, — объясняет соавтор работы Логан Фрэнсис.

Благодаря этому диск HOPS-315 стал идеальной моделью для изучения нашего собственного космического прошлого. Это уникальный шанс для астрономов изучать самые ранние этапы рождения планет, наблюдая за одной системой вместо того, чтобы пытаться найти множество других.

Елизабет Хамфрис, астроном из ESO, не участвовавшая в исследовании, отмечает:

Это исследование раскрывает самую раннюю стадию формирования планет. Оно показывает, что на примере HOPS-315 мы можем понять, как сформировалась наша собственная Солнечная система. Этот результат блестяще демонстрирует мощь совместной работы телескопов «Джеймс Уэбб» и ALMA.

Реальная польза этого исследования фундаментальна и многогранна.

• Во-первых, оно предоставляет нам уникальную проверочную модель. До сих пор наши теории о ранних этапах формирования Солнечной системы строились на анализе древних метеоритов и компьютерном моделировании. Теперь у нас есть реальный, живой пример, на котором можно проверять и уточнять эти теории. Это как иметь чертеж древнего механизма и вдруг найти его работающий прототип в идеальной сохранности.
• Во-вторых, оно калибрует наши инструменты и методы. Увидев ожидаемые процессы (конденсацию минералов) в ожидаемом месте (аналоге пояса астероидов) с помощью двух разных телескопов, мы подтверждаем, что наши технологии и научные подходы верны. Это дает уверенность при интерпретации данных о других, менее изученных системах.
• В-третьих, это ключ к пониманию нашего происхождения. Процесс формирования планет — это процесс создания условий для жизни. Поняв, как и из чего формируются планетезимали, мы лучше поймем, каким образом планеты, подобные Земле, приобретают свой первоначальный состав, включая воду и органические молекулы. Это критически важно для ответа на вопрос, насколько уникальна или, наоборот, типична наша планетная система и жизнь в ней.

Основное критическое замечание связано с уникальностью объекта. Исследование построено вокруг единственной звездной системы, HOPS-315. Хотя она представлена как аналог молодого Солнца, всегда существует вопрос репрезентативности. Является ли наблюдаемый процесс универсальным для всех протопланетных дисков вокруг звезд солнечного типа? Или мы видим частный случай, зависящий от специфических условий (массы звезды, состава диска, наличия соседних звезд)? Чтобы делать более общие выводы, необходимо найти и изучить аналогичные процессы в дисках вокруг других звезд, что является сложной и времязатратной задачей. Пока же выводы экстраполируются на всю популяцию на основе одного, пусть и блестящего, примера.

Ранее ученые совершили открытие, которое помогло понять, как возникла Солнечная система.