Планеты – многочисленные обитатели Вселенной, и если недавно их количество было под вопросом, сейчас нет сомнения, что каждая звезда в среднем имеет два-три мира. Среди них заметная доля приходится на твердые, похожие на Землю планеты. Число таких миров, на которых может существовать аналогичная земной жизнь, способно еще увеличиться за счет открытия образования планет около самых маленьких звезд – коричневых карликов. Около одной из них при помощи интерферометра ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) удалось увидеть пылинки в протопланетном диске, достигающие миллиметра в размерах.

Это открытие вдвойне удивительно, так как, во-первых, около коричневого карлика эти пылинки не должны образовываться, а если даже и образуются, увидеть их не выйдет. Вообще, твердые планеты формируются при постепенном слиянии все больших пылинок, нарастая, как снежный ком. Изначально эта космическая пыль меньше песка, но гравитационное притяжение этих крохотных частичек заставляет их слипаться, в результате гравитация возрастает и следующая пылинка присоединяется уже легче и т.д. Но самое главное в этом процессе – начало, когда гравитация пылинок очень слаба. Чтобы снежный, или пыльный, ком покатился, нужно, чтобы пылинки находились очень близко друг другу, а около коричневых карликов плотность протопланетного диска ожидается небольшой – недостаточной для слипания пылинок и роста планеты. Если даже по какой-то причине пылинки начнут слипаться, все более тяжелый комок должен устремиться к центру притяжения, а чем ближе он к звезде, тем сложнее его увидеть.

«Для нас было полной неожиданностью обнаружить зерна миллиметрового размера в таком маленьком диске, – говорит Лука Риччи, сотрудник Калифорнийского Технологического института, руководитель группы исследователей, сделавших открытие. – Твердые частицы пыли такого размера вообще-то не должны появляться в холодных внешних областях протопланетного диска, окружающего коричневый карлик, но оказывается, что это все-таки происходит. Мы не можем сказать наверняка, способна ли в результате образоваться целая каменная планета (и не образовалась ли она уже), но мы видим первые шаги в этом направлении, и поэтому нам придется изменить наши предположения о тех условиях, при которых размеры твердых тел увеличиваются».

Разрешение нового интерферометра позволило получить еще один новый результат. В протопланетном диске около коричневого карлика была найдена окись углерода – холодный молекулярный газ, который ранее в подобных условиях не наблюдался. Эти два результата указывают на то, что около коричневого карлика может находиться протопланетный диск, очень похожий на характерные для полноценных молодых звезд. Напомним, что коричневый карлик – небольшая звезда, масса которой оказалась достаточной, чтобы начать термоядерный синтез, но выделяемая ею энергия не способна компенсировать потери, вызванные охлаждением. Как результат, звезда медленно угасает и в конце концов перестает светить – от нее остается только слабое тепловое излучение.

Два полученных открытия показывают потенциал, который имеет интерферометр ALMA. В настоящее время он все еще строится, к нему добавляются все новые антенны, и завершение строительства намечено на следующий год. Несмотря на это, интерферометр используется с 2011 года, а постепенное добавление антенн понемногу увеличивает его разрешающую способность. Область работы интерферометра – миллиметровые волны.

Неполный набор антенн не помешал проведению исследования молодого коричневого карлика ISO-Oph 102, находящегося в области активного звездообразования Ро Знаменосца. Масс этой звезды одновременно превосходит массу Юпитера в 60 раз, но при этом составляет всего 6% от солнечной массы. Масса объекта слишком мала, чтобы в нем на текущей стадии протекали термоядерные реакции, и он уже излучает только тепловую энергию, запасенную при образовании, а также выделяющуюся при медленном сжатии звезды под действием гравитации. У обычной звезды излучение, выделяемое при реакциях в ядре, поддерживает звезду, не давая гравитации сжать ее. У коричневого карлика такой защиты от силы притяжения нет.

Интерферометр ALMA, правда, нечувствителен к тепловому излучению звезды. Его задача – регистрация миллиметрового излучения протопланетного диска, нагреваемого звездой. Пылинки диска практически не излучают на длинах волн, превышающих их собственный размер, так что диапазон чувствительности ALMA – отличный инструмент для ее изучения. Граница, при которой наблюдается резкое падение яркости диска указывает на характерный максимальный размер его пылинок. Чтобы определить, где же находится граница, диск наблюдался в диапазоне длин волн от 0.89 до 3.2 мм, и нигде внутри резкого скачка найдено не было. Выходит, пылинки размером в несколько миллиметров – обычное дело для протопланетного диска ISO-Oph 102.

«ALMA – новый и мощный инструмент для решения загадок образования планетных систем, – считает Леонардо Тести, сотрудник Европейской южной обсерватории, член исследовательской группы. – С телескопами предшествующего поколения такая задача потребовала бы почти месяца наблюдений — практически просто невозможно наблюдать так долго. А используя всего-навсего четверть полного набора антенн ALMA мы смогли все сделать меньше, чем за час».

В близком будущем полностью укомплектованный телескоп ALMA будет достаточно мощным, чтобы получать детальные изображения дисков вокруг Rho-Oph 102 и других объектов. «Скоро мы сможем не только регистрировать присутствие  малых пылевых частиц в дисках, но и картографировать их распределение по околозвездному диску, и определять характер их взаимодействия с газом, который мы уже нашли в диске. Все это поможет нам лучше понять, как появляются на свет планеты», – говорит Риччи.