Вихри в колыбели планет экспресс
Молодая звезда HL Tau окружена диском из газа и пыли — колыбелью будущих планет. Внутри этого диска газ не стоит на месте: он движется по кругу, но при этом дрожит и перемешивается, как вода в бурной реке. Астрономы впервые напрямую измерили силу этого перемешивания.
Галактика — это огромная система из звёзд, газа и пыли, а диск вокруг HL Tau — лишь малая её часть. Учёные использовали данные с телескопа ALMA, наблюдая излучение молекул формальдегида (H2CO). По ширине линий этого излучения можно судить о скорости движения газа. Выяснилось, что газ в диске дрожит со скоростью около 0,15 км/с — это примерно скорость пешехода. Но для холодного газа это очень много: турбулентность в несколько раз сильнее, чем в более зрелых дисках.
Откуда такая бурная жизнь? Диск HL Tau ещё молод и окружён падающим на него газом из внешнего облака. Этот падающий газ врезается в диск и встряхивает его, как ветер встряхивает поверхность озера. Кроме того, сам диск массивный и может быть нестабильным, порождая вихри. Такая сильная турбулентность мешает пыли быстро оседать в середину диска, а значит, планеты в таких условиях формируются медленнее и иначе, чем в спокойных дисках.
Открытие показывает, что молодые планетные системы проходят через бурную стадию. Это меняет представление о том, как быстро и где именно рождаются планеты. В будущем такие измерения помогут понять, почему одни звёзды обзаводятся планетами, а другие остаются одинокими.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.29147
Turbulence in protoplanetary disks plays a crucial role in the evolution of disk structures and the planet formation process therein. However, the strength of the turbulence remains unclear in young, embedded disks surrounded by infalling envelopes. In this paper, we present the first direct measurement of the nonthermal velocity dispersion within the embedded disk around HL Tau, which possesses a dusty disk with multiple rings and gap structures but is still associated with infalling gas flows from an envelope. Using ALMA archival data of the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission, we measured the local line width through a parametric model fitting that accounts for the contribution of Keplerian shear motion. After subtracting the thermal component, the nonthermal velocity dispersion is $$\sim\!\!0.15~\mathrm{km~s^{-1}}$$ on average over radii of $$80$$-$$180~\mathrm{au}$$, and it slightly increases with radius. The estimated nonthermal motions correspond to a turbulent mach number of $$\mathcal{M}\!\!\sim\!\!0.4$$ or a viscous $$\alpha$$ value of $$\alpha \!\!\sim\!\!0.16$$, assuming that it is entirely caused by turbulence and $$\alpha \!\!\sim \!\! \mathcal{M}^2$$. Our analysis also suggests that the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission traces near the disk midplane ($$z\lesssim 0.1 R$$). Turbulence driven by the gravitational instability or infall from the envelope most naturally explains the large nonthermal motions, considering the large disk mass and associated infalling streamers. The strong turbulence measured in the outer disk, in contrast to the vertically settled inner dusty disk, suggests a pronounced radial variation in the turbulence strength and/or an anisotropic nature of the turbulence within the disk.
Скорость турбулентных движений в диске HL Tau — 0,15 км/с — примерно равна скорости быстрой ходьбы человека. Но для холодного газа это очень быстро: температура там всего около 30 кельвинов (−243°C), и молекулы сами по себе еле шевелятся.