Навколопланетний диск — диск, що складається з газу, пилу, планетозималей, астероїдів або фрагментів зіткнень й обертається на орбіті навколо планети. Навколопланетні диски були резервуарами матеріалу, з якого можуть утворюватися супутники (або екзосупутники, або супутники супутників).

Теорія

Планета-гігант зазвичай формується через акрецію на ядро. У цьому сценарії ядро виникає внаслідок накопичення дрібних твердих частинок. Коли маса ядра стає достатньо великою, воно може утворити розрив у навколозоряному диску навколо материнської зорі. Планета продовжує захоплювати речовину з країв цього розриву, і навколо неї формується навколопланетний диск. Отже, навколопланетний диск виникає на пізній стадії формування планет-гігантів. Розмір такого диска обмежений радіусом Гілла: максимальний радіус навколопланетного диска становить приблизно 0,4 радіуса Гілла. У площині диска існує «мертва зона» з низькою турбулентністю, тоді як поверхня диска є турбулентною. «Мертва зона» є сприятливою областю для формування супутників. Навколопланетний диск проходить кілька стадій еволюції; запропоновано класифікацію, подібну до молодих зоряних об’єктів. На ранній стадії диск щільно заповнений. Новоутворені супутники формують проміжок поблизу планети, перетворюючи диск на «перехідний» (). На завершальній стадії диск знову заповнений, але має низьку густину і класифікується як «еволюціонований» (). Окрім цього, протопланета може генерувати витік речовини. Один із таких витоків виявили за випромінюванням збудженого SiS у системі .

Навколопланетні диски узгоджуються зі сценаріями формування Галілеєвих супутників Юпітера. Ранні моделі не узгоджувалися з крижаним складом цих супутників і неповною диференціацією Каллісто. Модель навколопланетного диска з притоком газу й твердих частинок 2·10−7 /рік відповідає умовам, необхідним для формування Галілеєвих супутників, зокрема низьким температурам на пізній стадії формування Юпітера. Проте подальші моделювання показали, що такі диски можуть бути занадто гарячими для формування й збереження супутників. Цю проблему пізніше розв’язали, врахувавши наявність «мертвої зони» в навколопланетному диску, яка є сприятливою для формування супутників і пояснює компактні орбіти галілеєвих супутників.

Спостереження Екзопланету 2M1207 b раніше вважали об’єктом із навколопланетним диском. Нові спостереження за допомогою JWST/ підтвердили акрецію з невидимого диска, виявивши випромінювання водню та гелію. Водночас класифікація такого диска як навколопланетного залишається предметом дискусій, оскільки 2M1207b (або 2M1207B) можна розглядати як компонент подвійної системи разом із 2M1207A, а не як екзопланету. У такому разі диск навколо 2M1207b є навколозоряним диском, попри те, що він оточує не зорю, а об’єкт планетної маси з масою 5–6 .

У серпні 2018 року астрономи повідомили про ймовірне виявлення навколопланетного диска навколо CS Хамелеона. Автори зазначили, що «система CS Хамелеона є єдиною, у якій імовірно присутні як навколопланетний диск, так і просторово розділений навколозоряний диск». Однак у 2020 році параметри CS Хамелеона B переглянули, і тепер цей об’єкт найімовірніше вважають червоним карликом, а диск — навколозоряним.

Можливі навколопланетні диски також виявили біля екзопланет HD 100546 b, і , а також у супутників планетної маси (, 10–20 , відстань ≥100 а. о.), таких як і .

За допомогою спостережень ALMA в субміліметровому діапазоні виявили диск навколо , об’єкта планетарної маси. Ймовірно, SR 12 c не сформувався з матеріалу навколозоряного диска зорі-господаря SR 12, тому його не завжди вважають справжнім навколопланетним диском. Диски об’єктів планетарної маси відносно поширені навколо молодих тіл, і їх легше досліджувати порівняно з навколопланетними дисками. Протопланета (AB)b виявляє ознаки акреції з навколопланетного диска, однак сам диск станом на вересень 2024 року не зафіксовано в інфрачервоному діапазоні. Диск також виявили навколо планети за допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб». У диску зафіксовано випромінювання від дрібних гарячих зерен олівіну, що розглядають як свідчення зіткнень між супутниками, які формуються всередині диска.

Кілька дисків виявили навколо близьких ізольованих об’єктів планетарної маси. Такі диски в межах 300 парсеків знайдено в комплексі ρ Змієносця, (наприклад, ), хмарі Lupus I та (зокрема добре вивчені OTS 44 і Хамелеон 110913−773444). Важливим близьким об’єктом із диском, що вільно рухається у просторі, є , розташований на відстані лише 45 парсеків. Це може бути або об’єкт планетної маси, або маломасивний коричневий карлик. Такі об’єкти з дисками не прив’язані до зорі й зазвичай їх називають навколозоряними дисками, хоча за своїми властивостями вони, ймовірно, подібні до навколопланетних.

Найпереконливіші свідчення існування навколопланетного диска виявили навколо планети c у системі PDS 70 — багатопланетної системи, розташованої приблизно за від Землі. PDS 70 c — молода масивна екзопланета, подібна до Юпітера. У липні 2019 року астрономи вперше повідомили про виявлення за допомогою спостережень ALMA у міліметровому та субміліметровому діапазонах навколопланетного диска навколо цієї екзопланети. 2021 року спостереження диска підтвердили спостережними даними з вищою роздільною здатністю. Планету PDS 70c виявляють у лінії H-альфа, що вважають свідченням акреції речовини з навколопланетного диска зі швидкістю 10 на рік. Спостереження ALMA показали, що радіус цього диска менший за 1,2 а. о., тобто приблизно третину від радіуса Гілла. Масу пилу оцінюють у межах 0,007–0,031 (0,57–2,5 маси Місяця) залежно від розміру частинок, використаного в моделюванні. Пізніші моделі показали, що диск навколо PDS 70c є оптично товстим і має масу пилу 0,07–0,7 (5,7–57 мас Місяця). Загальна маса (пил + газ) є більшою. Світність планети домінує як механізм нагрівання в межах 0,6 а. о. від центра диска, тоді як далі диск нагрівають фотони зорі. Спостереження за допомогою приладу NIRCam космічного телескопа «Джеймс Вебб» виявили велику спіралеподібну структуру поблизу PDS 70c. Її видно лише після віднімання внеску диска навколо PDS 70. Частину цієї структури інтерпретують як акреційний потік, що живить навколопланетний диск PDS 70c.

У червні 2019 року астрономи також повідомляли про виявлення ознак навколопланетного диска навколо в еншої екзопланети тієї ж планетної системи, PDS 70 b, за допомогою спектроскопії та ознак акреції. Обидва типи таких ознак раніше вже виявляли для інших кандидатів. Подальші інфрачервоні спостереження не підтвердили спектроскопічні докази існування диска навколо PDS 70 b й показали слабкі свідчення на користь моделі з єдиним чорнотільним спектром. Інтерферометричні спостереження за допомогою прилада телескопа «Джеймс Вебб» та архівні дані дали попередні свідчення того, що PDS 70b має навколопланетний диск.

Див. також Акреційний диск Навколозоряна оболонка Зруйнована планета Екзопланета Формування та еволюція Сонячної системи Протопланетний диск

Примітки

Посилання

Галерея зображень навколозоряних пилових дисків (Пол Калас; Навчальний сайт) (ESO; липень 2021)