Протопланетний диск — обертовий навколозоряний диск із щільного газу та пилу, що оточує молоду новоутворену зорю, зорю типу Т Тельця або Ae/Be-зорю Гербіга. Протопланетний диск не завжди розглядають як акреційний диск; хоча ці структури подібні, акреційний диск гарячіший і спрямовує речовину на центральне тіло. Такі диски трапляються не лише навколо зір, а й навколо чорних дір. Цей процес не слід плутати з акрецією, яка, як вважають, приводить до формування самих планет. Протопланетні диски, що зазнають фотовипаровування під дією зовнішнього випромінювання, називають проплідами.

Історія Протопланетні диски виявлені навколо кількох молодих зір нашої Галактики. Першим 1984 року відкрили диск навколо зорі β Живописця. Незабаром спостереження орбітального телескопа «Габбл» виявили планетні системи в Туманності Оріона в процесі формування. 2025 року повідомили про отримання зображень за допомогою космічного телескопу «Габбл» найбільшого відомого протопланетного диска, IRAS 23 077+6707, діаметром близько 600 млрд км, приблизно у 40 разів більше за діаметр Сонячної системиThe chaotic 'Dracula's Chivito': Hubble reveals largest birthplace of planets ever observed. // By Amy C. Oliver, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. December 23, 2025Космічний телескоп Hubble зафіксував найбільший протопланетний диск Чумацького Шляху. 24.12.2025, 5:36 pm.

Утворення

Протозорі утворюються з молекулярних хмар, які складаються переважно з молекулярного водню. Коли частина молекулярної хмари досягає критичного розміру, маси або густини, вона починає стискатися під дією власної гравітації. У міру того як ця колапсуюча хмара, яку називають сонячною туманністю, ущільнюється, випадкові рухи газу, що спочатку існували в хмарі, поступово узгоджуються з напрямком сумарного кутового моменту туманності. Закон збереження моменту імпульсу спричиняє зростання швидкості обертання в міру зменшення радіуса туманності. Це обертання сплющує хмару — подібно до того, як із тіста формують пласку піцу, — і надає їй форми диска. Це відбувається тому, що доцентрове прискорення, зумовлене орбітальним рухом, протидіє гравітаційному притяганню зорі лише в радіальному напрямку, тоді як уздовж осі хмара може й далі стискатися. У результаті формується тонкий диск, який підтримує тиск газу в осьовому напрямку. Початковий колапс триває понад 100 000 років. Після цього зоря досягає температури поверхні, подібної до температури зорі головної послідовності тієї ж маси, і стає видимою.Тепер це зоря типу Т Тельця. Акреція газу на зорю триває ще близько 10 мільйонів років, після чого диск зникає. Його може розсіяти зоряний вітер молодої зорі або ж він просто перестає випромінювати після завершення акреції. Найстаріший із відомих протопланетних дисків має вік 25 мільйонів років. Протопланетні диски навколо зір типу Т Тельця відрізняються від дисків навколо головних компонентів тісних подвійних систем своїми розмірами й температурою. Радіуси протопланетних дисків сягають 1000 а. о., а температури понад 1000 К досягають лише їхні внутрішніші області. Дуже часто такі диски супроводжують джети. Протопланетні диски спостерігали навколо кількох молодих зір у нашій Галактиці. Спостереження за допомогою космічного телескопа «Габбл» показали, що пропліди та планетні диски формуються всередині туманності Оріона. Вважають, що протопланетні диски є тонкими структурами: їхня характерна товщина значно менша за радіус, а типова маса набагато менша за масу центральної молодої зорі.

Маса типового протопланетного диска визначається переважно газом, однак важливу роль у його еволюції відіграють пилові частинки. Вони екранують середню площину диска від високоенергетичного випромінювання з космосу, унаслідок чого виникає мертва зона, де магніторотаційна нестійкість більше не діє. Вважають, що ці диски складаються з турбулентної плазмової оболонки, яку також називають активною зоною, що оточує велику область спокійного газу — мертву зону. Мертва зона, розташована в середній площині диска, може сповільнювати потік речовини крізь диск, що перешкоджає досягненню стаціонарного стану.

Планетоутворення

Небулярна гіпотеза формування Сонячної системи описує, як, імовірно, протопланетні диски еволюціонують у планетні системи. Електростатичні та гравітаційні взаємодії можуть спричиняти акрецію пилових і крижаних частинок у планетезималі. Цей процес конкурує із зоряним вітром, який виносить газ із системи, а також із гравітацією (акрецією) та внутрішніми напруженнями (в'язкістю), які спрямовують речовину до центральної зорі типу Т Тельця. Планетезималі є будівельними блоками як планет земної групи, так і планет-гігантів.

Вважають, що деякі супутники Юпітера, Сатурна та Урана утворилися з менших навколопланетних аналогів протопланетних дисків — так званих навколопланетних дисків. Формування планет і супутників у геометрично тонких дисках, багатих на газ і пил, пояснює, чому планети розташовані в площині екліптики. Через десятки мільйонів років після утворення Сонячної системи її внутрішня ділянка у межах кількох астрономічних одиниць імовірно містила десятки тіл розміром від супутника до Марса, які акретували й об'єднувалися, утворюючи планети земної групи, що існують нині. Імовірно, Місяць утворився після того, як протопланета Тея розміром із Марс під косим кутом зіткнулася з прото-Землею згідно з гіпотезою гігантського зіткнення приблизно через 30 мільйонів років після формування Сонячної системи.

Залишкові диски Навколо багатьох близьких зір виявлено бідні на газ диски навколозоряного пилу; вік більшості таких зір становить від приблизно 10 мільйонів років (наприклад, β Живописця, ) до мільярдів років (наприклад, Тау Кита). Такі системи зазвичай називають залишковими дисками. З огляду на значний вік цих зір і короткий час існування мікрометрових пилових частинок навколо них через ефект Пойнтінга — Робертсона, зіткнення та тиск випромінювання (зазвичай від сотень до тисяч років), вважають, що цей пил утворюється внаслідок зіткнень планетезималей (наприклад, астероїдів і комет). Отже, залишкові диски у таких системах, як Вега, Альфекка, Фомальгаут, не є протопланетними, а відображають пізнішу стадію еволюції диска, коли позасонячні аналоги головного поясу астероїдів та поясу Койпера стають місцем зіткнень планетезималей, які породжують пил.

Зв'язок з абіогенезом

На основі результатів недавніх досліджень із використанням комп'ютерного моделювання припускають, що складні органічні молекули, необхідні для виникнення життя, могли сформуватися ще до утворення Землі в протопланетному диску з космічного пилу, який оточував Сонце. Згідно з результатами цих комп'ютерних досліджень, аналогічний процес може відбуватися й навколо інших зір, навколо яких формуються планети. (Див. також Позаземні органічні молекули.)

Галерея

Див. також Акреційний диск Дисковий вітер — речовина, викинута з диска Дисковий вітер Зруйнована планета

Примітки