До сих пор остается загадкой происхождение планетарных систем, состоящих из планет-гигантов подобно Юпитеру и Сатурну в Солнечной системе, но вращающихся на расстояниях десятков астрономических единиц от их родительской звезды (1 а.е. = расстояние Земли до Солнца). Ярким примером такой системы является звезда HR 8799 с вращающимися вокруг нее четырьмя (по меньшей мере) планетами-гигантами на расстояниях от 14 до 68 астрономических единиц. Для примера, в Солнечной системе Юпитер и Сатурн находятся на расстояниях около 5 и 9.5 астрономических единиц. С использованием численного гидродинамического моделирования протозвездных дисков с наивысшим на данный момент численным разрешением авторы показали, что газопылевые сгустки, образующиеся во внешних областях гравитационно неустойчивых дисков, могут в конечном итоге привести к образованию подобных систем.

Газопылевые сгустки образуются в околозвездном диске на расстояниях около сотни астрономических единиц и представляют собой зародыши планет-гигантов – огромные шарообразные конденсации многократно превышающие планеты по размеру и массе, но значительно уступающие им по плотности. Однако орбиты данных образований не являются устойчивыми - сгустки достаточно быстро мигрируют по направлению к родительской протозвезде, набирая при этом массу и разогреваясь. Авторы показали, что эта миграция может быть остановлена истечением вещества сгустка через так называемую сферу Хилла – область преобладающего гравитационного влияния сгустка. В момент, когда происходит переполнение сферы Хилла, газопылевой сгусток начинает быстро терять вещество из своих внешних областей, тем самым оголяя более плотную и горячую центральную часть.

Интересно, что потеря вещества сгустка приводит к увеличению его удельного углового момента вращения и остановке его орбитальной миграции по направлению к звезде – фундаментальному явлению, используемому также в космонавтике. Разогрев центральной области сгустка также приводит к диссоциации молекулярного водорода – эндотермической реакции, сопровождающейся поглощением тепла и приводящей к быстрому сжатию сгустка. В результате образуется протопланета-гигант на орбитальных расстояниях около десятков астрономических единиц. В дальнейшем авторы планируют изучить последующую эволюцию образующихся протопланет с целью объяснения архитектуры планетарных систем, подобных HR 8799. Данное исследование поддержано грантом Российского научного фонда N 17-12-01168.

На рисунке: Карты распределения поверхностной плотности газа в протозвездном диске (в г/см2, логарифмическая шкала) для различных моментов времени. Показана миграция газопылевого сгустка IF1, обозначенного желтой стрелкой. Диск вращается против часовой стрелки.