Хотя наиболее распространённым является наличие планет, вращающихся вокруг одной центральной звезды (как в случае нашей Солнечной системы), более половины звёзд во Вселенной существуют в двойных системах. Вокруг этих двойных систем также могут располагаться планеты, либо обращающиеся вокруг одной из звёзд («околозвёздные орбиты»), либо охватывающие обе звезды по более широкой «околозвездной орбите».
Используя Большую миллиметровую / субмиллиметровую решетку Атакамы (ALMA), состоящую из 66 радиотелескопов в Северном Чили, и 10-метровый телескоп Keck II на Гавайях, астрономы собрали данные о двух двойных звёздных системах. Их открытия могут изменить понимание условий, способствующих или препятствующих образованию планет в таких системах.
Образование двойных звёздных систем аналогично образованию одиночных звёзд. Эти объекты формируются, когда в плотных облаках холодного межзвёздного газа образуются сгустки высокой плотности, набирающие массу и в конечном итоге коллапсирующие под действием собственной гравитации, что приводит к рождению звезды.
Эта звезда продолжает аккрецировать материал из своего газопылевого облака, пока не достигнет достаточной массы для запуска термоядерного синтеза водорода с гелием в ее ядре — процесса, определяющего звезду главной последовательности. Некоторые из этих межзвёздных облаков достаточно массивны для образования в них двух или даже трёх звезд главной последовательности.
Источник: S. Dagnello, NSF / AUI / NRAO
Любой оставшийся материал из газопылевого облака после формирования звёзд окружает их в виде того, что астрономы называют «протопланетным диском». Как следует из названия, из этих дисков формируются планеты. Как и сами планеты, диски могут быть «околозвёздными», то есть окружающими только одну звезду, или «околозвёздными», охватывающими всю систему.
В настоящее время учёные не знают точно, какие факторы позволяют этим дискам существовать достаточно долго для формирования планет, и они не уверены, что в конечном итоге приводит к их рассеянию. Оказалось, что околозвёздные диски в двойных системах до стадии главной последовательности могут служить идеальными «лабораториями» для изучения этих вопросов.
Характеристики этих дисков, такие как их размер, субструктуры и даже ориентация (по сравнению с характеристиками протозвезд, такими как скорость вращения и напряжённость магнитного поля), могут пролить свет на сложные взаимодействия, формирующие среду, в которой рождаются такие планеты.
Кроме того, широкая распространённость многозвёздных систем во Вселенной делает изучение формирования планет вокруг двойных звёздных систем важным для более глубокого понимания этого процесса.
Одной из двойных систем, исследованных командой с помощью ALMA и Keck II, была DF Tau, которая состоит из двух протозвёзд с массой примерно 0,6 солнечной массы, расположенных примерно в 150 световых годах от Земли в звездообразующем регионе Тельца.
Звезды DF Tau разделены расстоянием равном примерно 14 расстояниям между Землёй и Солнцем, и им требуется около 44 земных лет для завершения своей сильно вытянутой орбиты.
ALMA обнаружила, что межзвёздное облако, ответственное за рождение этих звёзд, разделилось на два околозвёздных диска. Один из них магнитно связан с центральной звездой DF Tau A и активно аккрецирует материал, способствуя её росту. А второй, похоже, отделился от другой звезды, DF Tau B. Центральная область диска, вероятно, была разрушена из-за быстрого вращения молодой звезды.
Источник: NASA, ESA, K. Stapelfeldt (NASA JPL), G. Kober (NASA / Catholic University of America)
Это натолкнуло команду на мысль о том, что может существовать связь между вращением молодых звезд, а также магнитной блокировкой дисков и, следовательно, ранним рассеянием дисков. Кроме того, похоже, что несовпадение между орбитой DF Tau, ее околозвездными дисками и наклонами ее звезд может влиять на общую эволюцию диска.
Второй бинарной системой, исследованной командой, была очень молодая система FO Tau возрастом 2,8 миллиона лет (для сравнения, Солнечной системе 4,6 миллиарда лет).
Эта система также расположена примерно в 450 световых годах от нас. Её звезды FO Tau A и B имеют более круговую орбиту, чем звёзды DF Tau. Они также более широко разнесены: FO Tau B вращается вокруг FO Tau A на расстоянии, примерно в 22 раза превышающем расстояние между Землёй и Солнцем.
С помощью ALMA астрономы обнаружили, что диски FO Tau выровнены по орбите этой двойной системы. Обе звезды имеют более медленную скорость вращения, а два околозвёздных диска остаются магнитно привязанными к своим протозвёздам. Это указывает на то, что такие системы, как FO Tau, с более медленными звёздами и более круговыми орбитами, могут иметь более благоприятные условия для формирования планетарных тел вокруг обоих своих звёздных компонентов, чем быстро вращающиеся системы с вытянутыми орбитами.
Наблюдения ALMA за другими одиночными и двойными звёздными дисками выявили сложные подструктуры внутри дисков, включая такие особенности, как спиральные узоры, разрывы и кольцевые образования. Хотя в настоящее время эти структуры не наблюдаются в DF Tau и FO Tau, определение крупномасштабных свойств в этих двух близких двойных системах значительно продвинуло понимание условий формирования планет.