«Джеймс Вебб» вперше засік вітер, що здув протопланетний диск

Дослідники вперше сфотографували вітри зі старого планетоутворюючого диска, який активно розсіює свій газовий вміст. Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) допомагає вченим розкрити, як формуються планети, покращуючи розуміння місць їх народження та навколозоряних дисків, що оточують молоді зірки. 

У статті, опублікованій в Astronomical Journal, команда вчених на чолі з Наманом Баджаєм з Університету Арізони, включно з доктором Умою Горті з Інституту SETI, вперше знімає вітер зі старого планетоутворюючого диска (все ще дуже молодий відносно Сонця), який активно розсіює свій газовий вміст. Диск був зображений раніше, вітри зі старих дисків ні. Знати, коли газ розсіюється, важливо, оскільки це обмежує час, що залишається планетам, що зароджуються, щоб спожити газ зі свого оточення.

В основі цього відкриття лежить спостереження TCha, молодої зірки (по відношенню до Сонця), огорнутої диском, що розмивається, відомим своїм величезним пиловим проміжком, радіусом приблизно 30 астрономічних одиниць. Астрономи вперше зробили зображення газу, що розсіюється (він же вітри), за допомогою чотирьох ліній благородних газів неону (Ne) і аргону (Ar), одна з яких є першим виявленням у планетоутворюючому диску. Зображення [Ne II] показують, що вітер виходить із розширеної області диска. Команда, яка є членами програми JWST під керівництвом Іларії Паскуччі (U Arizona), також зацікавлена ​​в тому, як відбувається цей процес, щоб вони могли краще зрозуміти історію та вплив на нашу Сонячну систему.

«Ці вітри можуть керуватися або високоенергетичними зоряними фотонами (світлом зірки), або магнітним полем, яке сплітає планетоутворюючий диск», — сказав Наман.

Ума Горті з Інституту SETI десятиліттями проводила дослідження розсіювання дисків і разом зі своїм колегою передбачила потужне випромінювання аргону, яке зараз виявив JWST. Вона «в захваті від того, що нарешті зможе роз’єднати фізичні умови вітру, щоб зрозуміти, як вони запускаються».

Еволюція планетних систем

Планетні системи, такі як наша Сонячна система, здається, містять більше кам’янистих об’єктів, ніж багатих газом. Навколо нашого Сонця це внутрішні планети, пояс астероїдів і пояс Койпера. Але вчені вже давно знають, що диски, що формують планети, спочатку мають у 100 разів більшу масу в газі, ніж у твердих тілах, що призводить до актуального питання: коли і як більша частина газу залишає диск/систему?

На дуже ранніх стадіях формування планетної системи планети об’єднуються в обертовий диск із газу та крихітного пилу навколо молодої зірки. Ці частинки злипаються разом, утворюючи все більші й більші шматки, які називаються планетезималями. З часом ці планетезималі стикаються і злипаються, утворюючи планети. Тип, розмір і розташування планет, що утворюються, залежать від кількості доступного матеріалу та того, як довго він залишається на диску. Таким чином, результат формування планет залежить від еволюції та розповсюдження диска.

Та ж група в іншій роботі під керівництвом доктора Ендрю Селлека з Лейденської обсерваторії виконала моделювання розсіювання, викликаного зірковими фотонами, щоб розрізнити їх. Вони порівнюють ці симуляції з фактичними спостереженнями та виявляють, що розсіювання високоенергетичних зоряних фотонів може пояснити спостереження, а отже, не можна виключити як можливість. Ендрю описав, як «одночасне вимірювання всіх чотирьох ліній за допомогою JWST виявилося вирішальним для визначення властивостей вітру та допомогло нам продемонструвати, що значна кількість газу розсіюється». Щоб пояснити це в контексті, дослідники підрахували, що маса, що розсіюється щороку, еквівалентна масі Місяця! У супровідному документі, який зараз розглядається Astronomical Journal, будуть докладно описані ці результати.

Трансформаційні відкриття та перспективи на майбутнє

Лінія [Ne II] була вперше виявлена ​​в напрямку кількох планетоутворюючих дисків у 2007 році за допомогою космічного телескопа Spitzer і незабаром була визначена як трасувальник вітрів керівником проекту професором Паскуччі з Університету Арізони; це трансформувало дослідницькі зусилля, зосереджені на розумінні дисперсії дискового газу. Відкриття [Ne II] з просторовою роздільністю та перше виявлення [Ar III] за допомогою JWST може стати наступним кроком до трансформації нашого розуміння цього процесу.

«Ми вперше використали неон для вивчення планетоутворюючих дисків більше десяти років тому, перевіряючи наше обчислювальне моделювання на даних Spitzer і нових спостережень, які ми отримали за допомогою ESO VLT », — сказав професор Річард Александер зі школи фізики Університету Лестера. Астрономія. Ми багато чому навчилися, але ці спостереження не дозволили нам виміряти, скільки маси втрачають диски. Нові дані JWST є вражаючими, і я ніколи не думав, що можливість розрізняти оберти диска на зображеннях. Оскільки ще попереду буде більше подібних спостережень, JWST дозволить нам зрозуміти молоді планетарні системи, як ніколи раніше».

Крім того, група також виявила, що внутрішній диск T Cha розвивається за дуже короткі часові шкали десятиліть; вони виявили, що спектр JWST T Cha відрізняється від попереднього спектра Spitzer. За словами Ченьян Се з Університету Арізони, провідного автора цієї незавершеної роботи, цю невідповідність можна пояснити невеликим асиметричним внутрішнім диском, який втратив частину своєї маси лише за ~17 років. Разом з іншими дослідженнями це також натякає на те, що диск T Cha знаходиться в кінці своєї еволюції. Ченг’ян додає: «Ми могли б стати свідками розсіювання всієї маси пилу у внутрішньому диску T Cha протягом нашого життя!»

Наслідки цих відкриттів пропонують нове розуміння складних взаємодій, які призводять до розсіювання газу та пилу, критичного для формування планети. Розуміючи механізми, що стоять за розсіюванням дисків, вчені можуть краще передбачити часові шкали та середовища, сприятливі для народження планет. Робота команди демонструє потужність JWST і відкриває новий шлях у вивченні динаміки формування планет і еволюції навколозоряних дисків.