Уже найдены экзопланеты, вращающиеся на расстоянии от доли астрономической единицы (расстояние от Земли до Солнца), до десятков и даже сотен астрономических единиц. При этом массы экзопланет также варьируются в пределах от Марса до десятка Юпитеров.  Большинство научных программ такого поиска сосредоточены на конкретных объектах - экзопланетах размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.

Рисунок 1 Поверхностные плотности газа во внутренней части диска, показанные в последовательные эволюционные времена для трех моделей с различными ξ-параметрами.

На сегодняшний день нет полного понимания того, как формируются планетарные системы вокруг звезд подобных нашему Солнцу. Эти данные вызывают особый интерес к механизмам формирования экзопланет, понимание которых важно, в том числе, для разработки эффективных новых методов поиска планетарных систем.

Известно, что планеты формируются из газа и пыли, вращающихся вокруг молодой звезды в виде так называемого протопланетного диска. В самом начале эволюции в дисках развиваются разного рода неустойчивости (гравитационная, магниторотационная, потоковая, и т.д.), тогда как на более поздних этапах эволюции диски принимают осесимметричный вид.  Исследователи из Южного федерального университета, совместно с астрофизиками Университета Вены (Австрия) и РАН, используя численное гидродинамическое моделирование протопланетных дисков с высоким разрешением, показали, что эмбрионы экзопланет могут формироваться двумя одновременно работающими планетообразующими механизмами - потоковой неустойчивостью, действующей в самих внутренних областях протопланетного диска (меньше 1 астрономической единицы, т.е. меньше орбиты Земли) и гравитационной неустойчивостью, действующей во внешних областях диска (больше 50 астрономических единиц, т.е. дальше орбиты Плутона). При этом потоковая неустойчивость позволяет преодолеть так называемый «барьер роста пылевых частиц» (т.е., разрушение каменных глыб при взаимных столкновениях), а гравитационная неустойчивость позволяет объяснить  формирование планет-гигантов на расстояниях в десятки и сотни астрономических единиц. Исследователи утверждают, что наблюдаемое разнообразие орбитальных расстояний экзопланет может быть объяснено последующим рассеиванием и миграцией эмбрионов экзопланет, формирующихся в результате потоковой и гравитационной неустойчивостей. Данное исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 17-12-01168.

Рисунок 2 Сравнение орбитальных положений известных экзопланет (синие точки) и планет Солнечной системы с пространственным распределением выросшей пыли. Вертикальные пунктирные линии обозначают области диска, где развиты потоковая и гравитационная неустойчивости.

По данным исследования подготовлена и принята к публикации статья в международном журнале первого квартиля Astronomy & Astrophysics, импакт-фактор=5.57 (препринт статьи доступен - Eduard I. Vorobyov, Aleksandr M. Skliarevskii, Vardan G. Elbakyan et al., A&A, arXiv:1905.11335,).