Астрономы выяснили, что газ в протопланетных дисках исчезает быстрее пыли

Художественное представление протопланетного диска, подобного тридцати изученным в рамках исследования ALMA AGE-PRO. Время жизни газа в диске определяет сроки формирования планет. Автор: NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello

Международная команда астрономов, включая исследователей из Лаборатории Луны и планет Университета Аризоны, представила революционные данные о дисках газа и пыли вокруг молодых звёзд. Наблюдения проводились с помощью мощного радиотелескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Результаты, опубликованные в 12 статьях специального выпуска Astrophysical Journal, стали частью масштабной программы ALMA под названием AGE-PRO (ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks). Учёные изучили 30 протопланетных дисков вокруг солнцеподобных звёзд, чтобы измерить массу газового диска на разных этапах эволюции. Исследование показало, что газ и пыль в этих дисках расходуются с разной скоростью.

«Теперь у нас есть данные как о газе, так и о пыли», — сказала Илария Паскучи, профессор планетологии из Университета Аризоны и одна из руководителей проекта AGE-PRO. — «Наблюдать за газом гораздо сложнее, потому что это требует значительно больше времени, поэтому для получения статистически значимой выборки нам потребовалась такая масштабная программа».

Протопланетный диск вращается вокруг звезды миллионы лет, постепенно теряя газ и пыль, что определяет сроки формирования планет. Начальная масса и размер диска, а также его угловой момент сильно влияют на тип формирующихся планет — газовые гиганты, ледяные гиганты или мини-нептуны — и их миграционные пути.

Один из самых неожиданных выводов исследования: газ и пыль расходуются с разной скоростью. В отличие от пыли, которая остаётся в диске дольше, газ рассеивается относительно быстро в молодых системах, а затем медленнее по мере старения диска.

Программа AGE-PRO изучила 30 протопланетных дисков вокруг солнцеподобных звёзд, чтобы измерить изменение массы газового диска с возрастом. Верхний ряд иллюстрирует известную ранее тенденцию: доля молодых звёзд с дисками со временем уменьшается. Исследование AGE-PRO впервые показало, что медианная масса газового диска также снижается с возрастом. Диски моложе 1 миллиона лет обычно содержат несколько масс Юпитера газа, но в более старых системах этот показатель быстро падает ниже 1 массы Юпитера. Автор: Carolina Agurto-Gangas и коллаборация AGE-PRO

«Самое удивительное открытие — хотя большинство дисков рассеивается через несколько миллионов лет, оставшиеся содержат больше газа, чем ожидалось», — отметил Ке Чжан из Университета Висконсин-Мэдисон. Это означает, что у газовых планет вроде Юпитера меньше времени на формирование, чем у каменистых.

ALMA позволила учёным использовать слабые молекулярные линии для изучения холодного газа в дисках. Эти «спектральные отпечатки» идентифицируют различные молекулы газа. AGE-PRO изучил 30 протопланетных дисков в трёх звёздных областях разного возраста: Змееносец (молодые), Волк (1-3 млн лет) и Верхний Скорпион (старейшие).

«Благодаря этим долгим наблюдениям мы теперь можем оценивать и отслеживать массу газа не только для самых ярких дисков, но и для более тусклых», — сказал Диншань Дэн, аспирант LPL и ведущий автор одной из статей.

Исследователи также использовали ион N₂H⁺ (диазенилий) в качестве дополнительного маркера газа, что значительно повысило точность измерений. ALMA также зафиксировала спектральные сигнатуры других молекул, включая формальдегид и метилцианид.

«Ещё один неожиданный вывод: соотношение массы газа к пыли оказалось более стабильным в дисках разной массы, чем предполагалось», — добавил Дэн.

Подробнее: Dingshan Deng et al, The ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO): III. Dust and Gas Disk Properties in the Lupus Star-forming Region, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.10734

Источник: University of Arizona