|
Силы, формирующие протопланетные диски
|
|
|
|
Каждую секунду в видимой Вселенной рождается более 3000 звезд. Многие из них окружены тем, что астрономы называют протопланетным диском — вращающимся "блином" из горячего газа и пыли, из которого формируются планеты. Однако точные процессы, которые приводят к образованию звезд и планетных систем, все еще плохо изучены.
|
|
|
|
Команда астрономов под руководством исследователей из Университета Аризоны использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (James Webb) НАСА для получения наиболее подробных сведений о силах, формирующих протопланетные диски. Наблюдения дают представление о том, как, возможно, выглядела наша солнечная система 4,6 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
В частности, команда смогла проследить так называемые дисковые ветры с беспрецедентной детализацией. Эти ветры представляют собой потоки газа, вырывающиеся из планетообразующего диска в космос. Приводимые в действие в основном магнитными полями, эти ветры могут преодолевать десятки миль всего за одну секунду.
|
|
|
|
Результаты исследований, опубликованные в журнале Nature Astronomy, помогают астрономам лучше понять, как формируются и эволюционируют молодые планетные системы.
|
|
|
|
По словам ведущего автора статьи Иларии Паскуччи, профессора Лунной и планетарной лаборатории Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, одним из наиболее важных процессов, происходящих в протопланетном диске, является поглощение звездой вещества из окружающего диска, которое известно как аккреция.
|
|
|
|
|
|
|
"То, как звезда наращивает массу, оказывает большое влияние на эволюцию окружающего диска с течением времени, в том числе на то, как позже формируются планеты", - сказал Паскуччи. "Конкретные способы, которыми это происходит, до сих пор не изучены, но мы думаем, что ветры, создаваемые магнитными полями на большей части поверхности диска, могут играть очень важную роль".
|
|
|
|
Молодые звезды растут, втягивая газ из вращающегося вокруг них диска, но для того, чтобы это произошло, газ должен сначала частично потерять свою инерцию. В противном случае газ постоянно вращался бы вокруг звезды и никогда не падал бы на нее. Астрофизики называют этот процесс "потерей углового момента", но как именно это происходит, пока неясно.
|
|
|
|
Чтобы лучше понять, как работает угловой момент в протопланетном диске, полезно представить фигуристку на льду: вытянув руки вдоль тела, она будет вращаться быстрее, а вытянув их в стороны, замедлит вращение. Поскольку ее масса не меняется, момент импульса остается прежним.
|
|
|
|
Чтобы произошла аккреция, газ по всему диску должен потерять угловой момент, но астрофизикам трудно прийти к единому мнению о том, как именно это происходит. В последние годы дисковые ветры стали играть важную роль, унося часть газа с поверхности диска, а вместе с ним и угловой момент, что позволяет оставшемуся газу перемещаться внутрь и в конечном итоге падать на звезду.
|
|
|
|
По словам второго автора статьи, Трейси Бек из Научного института космических телескопов НАСА, поскольку существуют и другие процессы, формирующие протопланетные диски, крайне важно уметь различать различные явления.
|
|
|
|
В то время как материал на внутреннем краю диска выталкивается магнитным полем звезды в процессе, известном как рентгеновский ветер, внешние части диска разрушаются интенсивным звездным светом, что приводит к так называемым тепловым ветрам, которые дуют с гораздо меньшими скоростями.
|
|
|
|
"Чтобы различать ветер, управляемый магнитным полем, тепловой ветер и рентгеновский ветер, нам действительно понадобились высокая чувствительность и разрешение JWST (космического телескопа Джеймса Уэбба)", - сказал Бек.
|
|
|
|
В отличие от узконаправленного рентгеновского ветра, ветры, наблюдаемые в настоящем исследовании, исходят из более широкой области, которая включает внутренние скалистые планеты нашей Солнечной системы - примерно между Землей и Марсом. Эти ветры также распространяются дальше над диском, чем тепловые, и достигают расстояний, в сотни раз превышающих расстояние между Землей и Солнцем.
|
|
|
|
"Наши наблюдения убедительно свидетельствуют о том, что мы получили первые изображения ветров, которые могут изменить угловой момент и решить давнюю проблему формирования звезд и планетных систем", - сказал Паскуччи.
|
|
|
|
Для своего исследования исследователи выбрали четыре системы протопланетных дисков, каждая из которых при наблюдении с Земли выглядит как бы на грани.
|
|
|
|
"Их ориентация позволяла пыли и газу в диске действовать как маска, блокируя часть яркого света центральной звезды, который в противном случае был бы поглощен ветрами", - сказал Наман Баджадж, аспирант Лунной и планетарной лаборатории, который участвовал в исследовании.
|
|
|
|
Настроив детекторы JWST на различные молекулы, находящиеся в определенных переходных состояниях, команда смогла проследить различные слои ветра. Наблюдения выявили сложную трехмерную структуру центральной струи, заключенную в конусообразную оболочку ветров, возникающих на постепенно увеличивающихся расстояниях от диска, похожую на слоистую структуру луковицы.
|
|
|
|
Важным новым открытием, по словам исследователей, стало последовательное обнаружение ярко выраженного центрального отверстия внутри конусов, образованного молекулярными ветрами в каждом из четырех дисков.
|
|
|
|
Затем команда Паскуччи надеется распространить эти наблюдения на другие протопланетные диски, чтобы лучше понять, насколько распространены наблюдаемые структуры дискового ветра во Вселенной и как они эволюционируют с течением времени.
|
|
|
|
"Мы полагаем, что они могут быть обычными, но с четырьмя объектами это немного сложно сказать", - сказал Паскуччи. "Мы хотим получить большую выборку с Джеймсом Уэббом, а затем также посмотреть, сможем ли мы обнаружить изменения в этих ветрах по мере того, как собираются звезды и формируются планеты".
|
|
|
|
Источник
|
