|
Планеты формируются наперегонки со временем
|
|
|
|
Планеты формируются из газовых и пылевых дисков вокруг молодых звезд, но газ, необходимый для роста, не вечен. Новые наблюдения, проведенные космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА (JWST), теперь позволяют по-новому взглянуть на то, как выделяется этот газ и как этот процесс меняется по мере развития молодых планетных систем.
|
|
|
|
В исследовании, проведенном под руководством Намана Баджаджа из Университета Аризоны и в соавторстве с ученым из Института SETI Умой Горти, рассматривались 72 молодые звезды, похожие на солнце, и их протопланетные диски. Это одно из крупнейших исследований формирования планет с использованием JWST. Результаты показывают, что различные типы ветров играют более важную роль на разных этапах ранней жизни планетной системы. Статья "JWST/MIRI раскрывает эволюцию от молекулярных к атомным дисковым ветрам" опубликована в журнале Astronomical Journal.
|
|
|
|
"Что интересно в этом исследовании, так это то, что теперь мы можем наблюдать на большой выборке молодых систем, как механизмы, удаляющие газ из планетообразующих дисков, меняются со временем. Рассеивание диска задает фундаментальные параметры для формирования планет: как только газ исчезнет, возможности для создания богатых газом планет, по сути, исчезнут", - сказал Горти.
|
|
|
|
|
|
|
Сегодня нашей Солнечной системе около 4,5 миллиардов лет, и она по большей части представляет собой пустое пространство. Однако в первые несколько миллионов лет своего существования Солнце было окружено плотным протопланетным диском, в котором газа было примерно в 100 раз больше, чем пыли. Большая часть этого газа со временем рассеялась.
|
|
|
|
Понять, как и когда это происходит, очень важно, потому что газ в таких дисках является основным компонентом для формирования планет-гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Если газ рассеется слишком быстро, у этих планет может не хватить времени, чтобы сформировать плотные атмосферы.
|
|
Наблюдение за ветрами с помощью телескопа «Джеймс Уэбб»
|
|
|
|
Чтобы изучить этот процесс, Баджадж и его команда использовали архивные данные с прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) телескопа «Джеймс Уэбб». Каждая из 72 систем представляет собой отдельный этап в ранней истории формирования планетной системы. В совокупности эти наблюдения подобны кадрам из фильма, которые помогают исследователям понять, как со временем меняется процесс рассеивания вещества в протопланетном диске.
|
|
|
|
В 2020 году профессор Лунно-планетной лаборатории Илария Паскуччи, второй автор статьи и научный руководитель Баджаджа, возглавила команду, которая провела аналогичное исследование, чтобы понять, как формируются джеты и ветры. В то время, до запуска телескопа «Джеймс Уэбб», они не могли напрямую наблюдать молекулярный водород, но предположили, что молекулярные ветры существуют и что они могут быть достаточно мощными, чтобы блокировать рентгеновское излучение на более ранних этапах развития звёзд.
|
|
|
|
В новом исследовании команда Баджаджа, напрямую отслеживая молекулярный водород, подтвердила эти предположения с помощью данных телескопа «Джеймс Уэбб».
|
|
|
|
Команда сосредоточилась на двух признаках истечения газа: молекулярном водороде, который является наиболее распространённой молекулой в протопланетных дисках, и ионизированном неоне. Благодаря высокой чувствительности и остроте зрения телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи смогли отличить широкие молекулярные водородные ветры от джетов и ветров, в которых преобладает неон.
|
|
|
|
В более молодых системах, которые всё ещё направляют вещество к своим звёздам, наблюдаются мощные джеты и широкие ветры, состоящие как из молекулярного, так и из атомарного газа. Эти истечения соответствуют тому, что учёные ожидают от ветров, порождаемых магнитными полями, пронизывающими диск. Газ может перемещаться вдоль этих силовых линий магнитного поля, удаляясь от диска и унося с собой массу и угловой момент.
|
|
|
|
По мере старения таких систем и уменьшения количества вещества, падающего на звезду, джеты ослабевают, а ветры становятся преимущественно атомарными. На этом этапе высокоэнергетическое излучение звезды может проникать сквозь истончающийся материал и нагревать газ в диске до тех пор, пока он не покинет его. Этот процесс называется фотоиспарением.
|
|
|
|
Горти десятилетиями изучал эволюцию и рассеивание протопланетных дисков, в том числе то, как ультрафиолетовое и рентгеновское излучение молодых звёзд может вызывать фотоэмиссионные ветры. Новые данные, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», позволяют связать эту теоретическую работу с тем, что астрономы могут наблюдать в десятках планетных систем, и показывают, что фотоиспарение становится всё более значимым по мере старения дисков и ослабления джетов и ветров, вызванных магнитным полем.
|
|
|
|
Результаты исследования показывают, что исчезновение протопланетного диска не связано с каким-то одним процессом. Вместо этого планетные системы, по всей видимости, проходят путь от ранней стадии с мощными джетами и ветрами, вызванными магнитным полем, до более поздней стадии, на которой большую роль играют атомарные ветры, в том числе фотоэмиссионные.
|
|
|
|
Этот сдвиг напрямую влияет на формирование планет.
|
|
|
|
«Таким образом, формирование планет — это гонка со временем, — говорит Баджадж. — Газовые гиганты, такие как Юпитер, должны сформировать свои массивные атмосферы, пока диск ещё достаточно велик, чтобы обеспечить их сырьём, прежде чем ветры и джеты унесут это сырьё в космос».
|
|
|
|
Исследование выявило протяжённые выбросы молекулярного водорода и ионизированного неона в 66 из 72 дисков. В 46 системах учёные обнаружили конические молекулярные водородные ветры, а в 40 — быстро движущиеся неоновые джеты. В каждой системе с неоновой струёй также наблюдались признаки ветра, состоящего из молекулярного водорода или кислорода.
|
|
|
|
Создание более полной картины процесса формирования планет
|
|
|
|
Эти результаты основаны на более ранних исследованиях той же группы учёных. В 2024 году Баджадж, Горти и их коллеги с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» получили изображение газа, уносимого из протопланетного диска вокруг молодой звезды T Cha.
|
|
|
|
Это исследование показало, что «Джеймс Уэбб» может напрямую изучать рассеивание вещества в протопланетном диске в отдельно взятой системе. В новом исследовании этот подход был применён к десяткам молодых звёзд, что позволило выяснить, как меняется соотношение струй, молекулярных и атомарных ветров по мере старения планетных систем.
|
|
|
|
Следующая цель — выяснить, какой объём газа уносят эти ветры с течением времени и из какой части диска происходит выброс вещества. Эти измерения помогут учёным узнать не только о том, как быстро закрывается «окно формирования планет», но и о том, где могут формироваться различные типы планет до того, как у них закончится газ.
|
|
|
|
Источник
|
