Астрономы использовали антенную решётку ALMA для изучения протопланетного диска возле молодой звезды — оранжевого карлика PDS 70. На радиоволнах удалось обнаружить локальные сгустки пылевого вещества вне известных орбит планет. На таких участках в будущем сформируются новые экзопланеты, и их образованию помогают планеты, уже сформировавшиеся в звёздной системе.
На сегодня астрономы открыли более пяти тысяч экзопланет. Считается, что планеты формируются из зёрен пыли размером порядка микронов в протопланетных дисках, которые окружают молодые звёзды. Вероятно, таким же был механизм формирования планетарной системы вокруг Солнца. Но неизвестным остаётся механизм накопления таких зёрен в одном месте, в результате чего впоследствии формируется готовая планета уже ощутимого размера.
Звезда PDS 70 располагается на расстоянии 370 световых лет в созвездии Центавра. Она относится к классу оранжевых карликов (K7), а её возраст всего 5 миллионов лет. Это единственная звёздная система, в которой известны две молодые экзопланеты внутри протопланетного диска, подтверждённые наблюдениями в оптической и инфракрасной области. Экзопланеты с наименованиями PDS 70b, PDS 70c были обнаружены в 2018-2019 годах при помощи телескопа VLT. Они представляют собой газовые гиганты с массами в несколько масс Юпитера и находятся на расстоянии 3 и 5 миллиарда километров (20 и 34 а.е.) от звезды. Пока это единственные протопланеты, у которых благодаря их внушительным размерам и удалённости от звезды удалось получить прямые изображения. Исследование распределения пылевых зёрен в этом объекте позволит понять, как материал взаимодействует внутри пылевого облака и как в итоге из такой «заготовки» происходит дальнейшее образование планет.
Предыдущие наблюдения радиотелескопа ALMA на длине волны 0,87 мм (полоса под названием ALMA B7) выявили кольцеподобную эмиссию от пылевых зёрен за пределами планетарных орбит. Но источник такого излучения может быть оптически непрозрачным — зёрна пыли на ближней стороне заслоняют то, что находится на их фоне, и наблюдаемое распределение излучения может неточно передавать распределение собственно пылевых облаков.
Поэтому для уточнения распределения пылевого материала систему повторно исследовали на длине волны 3 мм. В этом диапазоне (ALMA B3) облака пыли более прозрачны, поэтому распределение пыли можно изучить детально. Наблюдения показали, что эмиссия пыли сосредоточена в определённом направлении в пылевом кольце за пределами экзопланет. Это свидетельствует про накопление пыли на небольшом участке кольца. Пыль — строительный материал экзопланеты — накапливается в определённом месте орбиты, формируя локальные сгустки, то есть налицо первый шаг к формированию новой экзопланеты под влиянием уже существующих.
Эти наблюдения предполагают, что уже сформировавшиеся планеты взаимодействуют с окружающим их веществом диска, концентрируя зёрна пыли на внешнем крае своей орбиты. В будущем из этих сгустков пыли вырастет новая экзопланета. Таким образом, формирование планетарных систем, подобных Солнечной, можно объяснить как последовательное формирование планет изнутри наружу (сначала — внутренние, затем, под влиянием их гравитации — внешние планеты) путём повторения процессов, которые наблюдаются в системе PDS 70.
В случае системы PDS 70 внутренние экзопланеты сначала были обнаружены в оптическом и инфракрасном диапазоне, а протопланетный диск наблюдают в миллиметровом диапазоне радиоволн. Это указывает на важность наблюдения одной и той же системы в разных диапазонах длин волн, то есть используя телескопы различного назначения.