Результаты исследования опубликованы в научном журнале Astronomy Reports .
Одним из наиболее вероятных объяснений может быть систематическая недооценка массы дисков современными методами наблюдений и впоследствии ошибочные расчеты того, насколько часто во Вселенной возникают условия, благоприятные для рождения планет. Протопланетные диски романтично называют колыбелями планет, так как в их плотных, вращающихся вокруг молодых звезд облаках газа и пыли действительно происходит формирование небесных тел. Один из основных механизмов этого процесса — гравитационная неустойчивость, возникающая при условии, если собственное притяжение диска преобладает над эффектами давления и вращения, препятствующими сжатию вещества. Тогда небольшие неоднородности могут усиливаться и формировать плотные сгустки, из которых впоследствии рождаются планеты.
Астрономическая осень 2026 года в России наступит в день осеннего равноденствия, 23 сентября, после этой даты в Северном полушарии дни будут становиться короче, а ночи — длиннее.
Чтобы определить, насколько условия благоприятны для развития этой неустойчивости, ученые СПбГУ используют параметр Тоомре Q — показатель, характеризующий соотношение между собственной гравитацией диска и стабилизирующим воздействием давления газа и вращения. При Q < 1 система считается гравитационно неустойчивой, а при 1 ≤ Q ≤ 2 — погранично устойчивой.
То есть потенциально гравитационно неустойчивые диски рассматриваются как среда, в которой могут быстро возникнуть планеты. Если масса объекта выше расчетной, часть систем, которые сегодня считаются устойчивыми, на самом деле может быть способна к более активному формированию небесных тел. Важно отметить, что гравитационная устойчивость — один из возможных механизмов формирования крупных структур, а ее распространенность при заниженных массах может быть недооценена, что приведет к неверной трактовке эволюции молодых планетных систем.
Исследование выполнено студенткой СПбГУ Софьей Дробчик под руководством доцента СПбГУ Сергея Хайбрахманова.
Для работы исследователи объединили данные десяти обзоров областей звездообразования — итоговая выборка составила 1155 систем. Для каждой из них ученые рассчитали параметр Тоомре на основе наблюдаемых характеристик и построили распределение объектов по массам. Значение Q оказалось меньше единицы у 14 дисков, еще 20 систем попали в диапазон Q=1—2. Таким образом, признаки неустойчивости или близкого к ней состояния обнаружены примерно у 2,9% дисков, что существенно расходится с имеющимися теоретическими представлениями.
«Мы столкнулись с парадоксальной ситуацией: теоретические модели предсказывают, что гравитационно неустойчивые диски должны существовать значительно дольше, чем следует из их доли в наблюдаемой выборке. Возможно, проблема не в самих дисках, а в том, как мы определяем их массу. Если мы недооцениваем ее в десятки раз, диск, который сейчас кажется устойчивым, на самом деле может быть неустойчивым», — рассказал руководитель исследования Сергей Хайбрахманов, астрофизик, доцент СПбГУ.
Как отмечают исследователи, такое противоречие может быть связано тем, что методы определения массы основаны на расчетах по излучению газа и пыли с частично известными свойствами, среди которых температура, размеры частиц и количество вещества. Накопленные мелкие неточности, по отдельности не влияющие на итоговые вычисления, в совокупности способны приводить к существенной ошибке. Из‑за этого реальные массы отдельных дисков могут быть выше расчетных в десять и более раз, что напрямую влияет на оценку устойчивости: при увеличении реальной массы снижается значение параметра Тоомре.
При этом существует еще один важный фактор: системы могут действительно быть менее массивными, чем предполагают модели, из‑за особенностей их эволюции. Поэтому ученые СПбГУ дополнительно сопоставили рассчитанные значения параметра Тоомре со структурой дисков, изучили кольца, спиральные рукава и так называемые «щели» в распределении вещества диска, которые могут быть связаны с процессами формирования планет.
Морфология диска сама по себе не позволяет однозначно установить наличие гравитационной неустойчивости: похожие структуры могут возникать под воздействием разных физических механизмов. Поэтому существующие оценки массы протопланетных дисков правильнее рассматривать как нижнюю границу истинного значения.
Автор исследования, студентка СПбГУ Софья Дробчик
«Это существенно меняет наше представление о распространенности условий, благоприятных для развития гравитационной неустойчивости», — объяснила автор исследования, студентка СПбГУ Софья Дробчик.
По словам университетских экспертов, для подтверждения полученной гипотезы необходимо произвести более точную оценку массы исследованных дисков. Для этого требуется сопоставить многоволновые наблюдения одних и тех же объектов — данные, полученные в разных спектральных диапазонах. Также среди перспективных направлений продолжения подобных исследований — наблюдение молекул газа, менее чувствительных к существующим неопределенностям, развитие химических моделей и уточнение представлений о строении и движении пыли.
