Дискові вітри розкрили таємниці формування планет

За допомогою інфрачервоної космічної обсерваторії «Джеймс Вебб» міжнародна група астрономів виявила складну структуру про дискових вітрів — потоків газу, які вириваються з протопланетного диска молодих зірок. Відкриття надало нові дані про походження зіркових систем. Кожну секунду у спостережуваному Всесвіті народжується понад 3000 зірок. Багато з них оточені протопланетними дисками — газопиловими хмарами, що обертаються, з яких потім формуються планети. Однак процеси, при яких утворюються зірки та планетні системи, вивчені недостатньо добре. 

Відомо, що ключову роль у них відіграє акреція — накопичення зіркою матерії з навколишнього диска. Щоб газ перестав обертатися навколо зірки та впав на неї, він має втратити частину кутового моменту, але точні механізми цього процесу досі залишаються незрозумілими.

В останні роки як можливе пояснення дослідники розглядають дискові вітри. Вважається, що вітри, що приводяться в дію магнітними полями і мають швидкість 16-80 кілометрів на секунду, забирають із собою частину газу та кутового моменту з поверхні диска. 

Автори дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy, вели спостереження за чотирма молодими зірками, розташованими «ребром» до Землі. Три з чотирьох світил звільнилися від початкових газопилових хмар, ставши ідеальними кандидатами вивчення процесів усередині диска. 

Завдяки роботі інфрачервоного спектрографа NIRSpec (один з основних інструментів «Вебба») і раніше отриманим за допомогою телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter Array) даними, астрономи дізналися принципово нову інформацію про газові потоки, що видуваються з планетоутворювального диска в космос.

Виявилося, що вітри мають складну тривимірну структуру: у кожному диску був виявлений швидкий і вузький струменевий потік, ідентифікований по випромінюванню іонів заліза (Fe II), занурений у повільніший потік молекулярного водню (H₂), який, у свою чергу, занурений у ще повільніший потік монооксиду вуглецю (CO). Ці різні компоненти підтверджують теоретичні моделі зануреної морфології дискових вітрів.

Таким чином, команда отримала перші зображення вітрів, що сприяють втраті кутового моменту (коли газ скидає частину своєї інерції, щоб упасти на зірку). Отримані в рамках дослідження результати допомагають зрозуміти, як формуються зірки і планетні системи.

До інших процесів, що впливають на еволюцію протопланетних дисків, відносяться так звані X-вітри — потоки речовини, що виходять від протозірки і виникають через магнітні сили в акреційних дисках поблизу світила, що формується. Зовнішні частини диска також опромінюються інтенсивним зоряним світлом, що призводить до теплових вітрів.

«Розрізнити вітри, які рухаються магнітним полем, теплові вітри і X-вітри вдалося завдяки високій чутливості та вирішенню космічної обсерваторії „Джеймс Вебб“», — пояснили автори нового дослідження. 

Отримані результати дарують вченим уявлення про те, як могла виглядати Сонячна система 4,6 мільярда років тому. «Занурена» морфологія вітрів підтримує теоретичні прогнози у тому, що дискові вітри грають ключову роль акреції матерії та формуванні планет.

Команда планує продовжити спостереження, щоб краще зрозуміти процеси, що відбуваються в протопланетних дисках, і отримати нові дані про походження зоряних систем, таких як Сонячна система та потенційно заселені світи за її межами.