Група астрофізиків, під керівництвом Шона Ендрюса, вперше отримала у високій роздільній здатності зображення протопланетних дисків з кільцями у TW Гідри, а також описала їх структуру. На сьогоднішній день існують детальні зображення тільки двох подібних дисків, тому дане дослідження важливо для розуміння механізмів формування планет. Стаття вчених була опублікована в.
Зірка TW Гідри була обрана для спостережень з кількох причин. По-перше, це найближча до нас зірка з щільним диском з газу і пилу. По-друге, оскільки площина його кілець перпендикулярна променю зору з Землі, це дозволяє спостерігати їх повністю і незнайденими. По-третє, незважаючи на те, що сам диск навколо TW Гідри був відкритий ще в 2005 році, недавні спостереження, в тому числі на оптичному телескопі Subaru, передбачили наявність у нього неоднорідностей, які представляють інтерес для вивчення.
Астрофізики вивчали протопланетні диски за допомогою масиву телескопів ALMA. Для спостережень, які велися протягом трьох днів у листопаді-грудні 2015 року, використовувалося до 36 приймаючих антен, які утворили єдиний радіотелескоп з базою, що дорівнює 14 км. Це дозволило розрізняти деталі диска зірки TW Гідри розмірами в 1 астрономічну одиницю (середня відстань від Землі до Сонця), при її віддаленості від Землі на 176 світлових років.
На отриманих знімках добре видно яскраві і темні концентричні кільця, що тягнуться на відстань до 60 о.є.. Структуру диска можна розділити на дві окремі області: внутрішній і зовнішній диски. У внутрішньому диску знаходиться яскраве кільце, за яким йде темний зазор. Обидва ці кільця дуже тонкі і нерозв'язні в телескоп, тобто визначити температуру або щільність речовини, з якої вони складаються, не представляється можливим.
У зовнішньому диску знаходяться три темні вузькі зони, які розділені яскравими кільцями яскравої температури близько 10-15 Кельвінів.
У своїй статті вчені спробували пояснити, як саме формуються яскраві і темні ділянки і що веде до поділу спочатку однорідного диска на зони. В результаті, вони запропонували кілька робочих моделей: вплив магнітного поля, сил хімічного або динамічного походження. Швидше за все, вони всі, так чи інакше, беруть участь у формуванні кільціводової структури.
У першому випадку магнітосфера зірки створює турбулентні потоки, які впливають на рух частинок пилу в кільцях. Точні комп'ютерні симуляції подібної взаємодії поки що неможливі через величезну кількість частинок і складність моделювання. Спрощені симуляції відтворюють правдоподібні кільцеві структури у зовнішньому диску на видаленні до 40 о.о., однак неточно відтворюють внутрішній диск.
Хімічна модель освіти кілець полягає в наступному: обертаючись, замерзлі частинки пилу і газу (наприклад, монооксиду вуглецю або молекулярного азоту) труться один об одного, сповільнюються і наближаються до зірки. Їх температура зростає і вони тануть. Опинившись у щільному кільці, куди не проникає світло і тепло від сонця, ці частинки знову замерзають. Лід і газ мають різну оптичну прозорість, і, таким чином, різні шари по-різному блокують світло, що йде від зірки, що створює різну температуру в кільцях і, в свою чергу, веде до ще більших перепадів щільності в диску.
Говорячи про динамічні причини появи темних зон, вчені припускають наявність масивних, але поки ще не виявлених тіл, які, рухаючись навколо зірки, притягують до себе дрібні частинки, розчищаючи зону своєї орбіти.
Динамічна модель найпростіша, але і найбільш спірна - наявність декількох темних зон говорить про те, що там має бути кілька планетезималей з масами, порівнянними з Землею. Однак, в цьому випадку, вони повинні гравітаційно взаємодіяти один з одним і «підчищати» яскраві пилові диски, що розташовуються між ними (що ми бачимо на прикладі нашої Сонячної системи, де подібні пилові диски не спостерігаються) - а цього не відбувається.
Варто відзначити, що на даний момент жодної підтвердженої екзопланети навколо TW Гідри не виявлено. У 2007 році було опубліковано дослідження німецьких астрономів, які стверджують, що у внутрішньому диску знаходиться гарячий Юпітер, проте через два роки це відкриття було поставлено під сумнів.
Зірці TW Гідри всього близько 10 мільйонів років і спостереження за щільним і складним за структурою диском, в якому вже почалися процеси розшарування часточок на кільця, дуже важливі. Через кілька мільйонів років там будуть сформовані екзопланети, які, можливо, сформують подобу нашої Сонячної системи (сама зірка лише трохи легше нашого Сонця).