Подтвердили предполагаемый процесс формирования планет
Ученые, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба, только что сделали революционное открытие, раскрывающее, как образуются планеты. Наблюдая за водяным паром в протопланетных дисках, Уэбб подтвердил физический процесс, включающий дрейф покрытых льдом твердых тел из внешних областей диска в зону каменистой планеты. Теории уже давно предполагают, что ледяная галька, образующаяся в холодных внешних областях протопланетных дисков — той же области, где в нашей Солнечной системе зарождаются кометы, — должна быть фундаментальным зародышем формирования планет. Основное требование этих теорий состоит в том, что галька должна дрейфовать внутрь звезды за счет трения в газовом диске, доставляя на планеты как твердые тела, так и воду. Фундаментальное предсказание этой теории заключается в том, что, когда ледяная галька попадает в более теплую область внутри «снежной линии», где лед превращается в пар, она должна выделять большое количество холодного водяного пара. Именно это и заметил Уэбб.
«Уэбб наконец обнаружил связь между водяным паром во внутреннем диске и дрейфом ледяной гальки из внешнего диска», — сказала главный исследователь Андреа Банзатти из Техасского государственного университета в Сан-Маркосе, штат Техас. «Это открытие открывает захватывающие перспективы для изучения формирования каменистых планет вместе с Уэббом!» «Раньше у нас была очень статичная картина формирования планет, почти как будто существовали изолированные зоны, из которых формировались планеты», — объяснила член команды Колетт Салик из колледжа Вассар в Покипси, штат Нью-Йорк. «Теперь у нас действительно есть доказательства того, что эти зоны могут взаимодействовать друг с другом. Предполагается, что это также произошло и в нашей Солнечной системе». Исследователи использовали MIRI Уэбба (прибор среднего инфракрасного диапазона) для изучения четырех дисков — двух компактных и двух расширенных — вокруг солнцеподобных звезд. Возраст всех четырех звезд оценивается от 2 до 3 миллионов лет, они всего лишь новорожденные по космическому времени.
Ожидается, что два компакт-диска будут испытывать эффективный дрейф гальки, доставляя гальку на расстояние, эквивалентное орбите Нептуна. Напротив, ожидается, что галька расширенных дисков будет сохраняться в нескольких кольцах на расстоянии, в шесть раз превышающем орбиту Нептуна. Наблюдения Уэбба были предназначены для того, чтобы определить, имеют ли компактные диски более высокое содержание воды во внутренней, каменистой области планеты, как и ожидалось, более эффективен ли дрейф гальки и доставляет много твердой массы и воды на внутренние планеты. Команда решила использовать MRS (спектрометр среднего разрешения) MIRI, поскольку он чувствителен к водяному пару в дисках. Результаты подтвердили ожидания, обнаружив в компакт-дисках избыток холодной воды по сравнению с большими дисками. По мере того, как галька дрейфует, каждый раз, когда они сталкиваются с ударом давления (повышением давления), они имеют тенденцию собираться там. Эти ловушки давления не обязательно останавливают занос гальки, но они препятствуют ему. Именно это и происходит с большими дисками с кольцами и промежутками.
Текущие исследования показывают, что большие планеты могут образовывать кольца повышенного давления, в которых обычно скапливается галька. Это также могло быть ролью Юпитера в нашей солнечной системе — он препятствовал доставке гальки и воды на наши маленькие, внутренние и относительно бедные водой каменистые планеты. Когда данные впервые поступили, результаты озадачили исследовательскую группу. «В течение двух месяцев мы зацикливались на этих предварительных результатах, которые говорили нам, что на компакт-дисках вода более холодная, а на больших дисках вода в целом более горячая», — вспоминает Банзатти. «Это не имело смысла, потому что мы выбрали выборку звезд с очень похожими температурами». Только когда Банзатти наложил данные с компакт-дисков на данные с больших дисков, ответ стал очевиден: на компакт-дисках есть очень холодная вода прямо внутри линии снега, примерно в десять раз ближе, чем орбита Нептуна. «Теперь мы, наконец, однозначно видим, что именно холодная вода имеет избыток», — сказал Банзатти. «Это беспрецедентно и полностью благодаря более высокой разрешающей способности Уэбба».
