Как формируются планеты: новое исследование с помощью телескопа Джеймса Уэбба

С помощью телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы провели исследование 72 молодых звезд, похожих на Солнце, и сделали важное открытие: процесс формирования планет представляет собой настоящую гонку со временем. Материалы, которые служат строительными блоками для планет, постоянно покидают вихревые диски газа и пыли, известные как протопланетарные диски, окружающие молодые звезды. Некоторые типы планет могут столкнуться с закрытием своего окна формирования раньше, чем другие.

Исследование протопланетарных дисков

Команда исследователей провела наиболее глубокое исследование механизмов утечки вещества из протопланетарных дисков и их влияния на различные стадии формирования планет вокруг звезд, подобных Солнцу. Это исследование помогает лучше понять, как и почему наша солнечная система приняла ту форму, которую она имеет сегодня, около 4,6 миллиарда лет назад. Как отметил руководитель группы Наман Баджад из Университета Аризоны, газовые гиганты, такие как Юпитер, должны собирать свои массивные атмосферы, пока диск все еще достаточно велик, чтобы обеспечить их необходимыми материалами, прежде чем ветры и струи унесут этот сырьевой материал в космос.

Методы исследования

Для своего исследования команда использовала данные, собранные с помощью Среднеинфракрасного инструмента (MIRI) телескопа JWST. Ученые отслеживали потерю вещества, наблюдая за движениями молекулярного водорода, одной из самых распространенных молекул в протопланетарных дисках. Каждая из звезд, участвовавших в исследовании, представляла собой различную стадию ранней жизни звездной системы. Это позволило исследователям создать своего рода "фильм", иллюстрирующий ранние этапы формирования планетарной системы.

Эволюция механизмов потери вещества

Одним из самых значительных открытий этого подхода стало то, что механизмы потери вещества из протопланетарных дисков эволюционируют и меняют свое доминирование по мере старения молодой звезды. Это важно, поскольку газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, имеют обширные атмосферы и требуют больше сырья для формирования, чем меньшие каменистые миры, такие как Земля. Понимание потери вещества позволяет ученым определить, на каких стадиях эволюции протопланетарного диска могут формироваться газовые гиганты.

Влияние звездного излучения

Исследование показало, что в начале эволюции протопланетарных дисков мощные, магнитно управляемые струи и ветры доминируют в процессе потери массы. Эти струи и ветры питаются магнитными полями, пронизывающими протопланетарные диски. Позже, когда диск истончается и звездный свет может легче проходить через него, эти ветры и струи ослабевают, а магнитные процессы уступают место высокоэнергетическому излучению от молодой звезды, ионизирующему газ и уносящему его в космос. Этот процесс называется фотоиспарением.

Многообразие процессов

Таким образом, исследование показало, что нет единственного процесса, ответственного за удаление планетообразующего материала вокруг молодых звезд. Это также подтверждает, что JWST способен изучать рассеивание газа и пыли вокруг отдельных молодых звезд. Следующий шаг для команды — выяснить, сколько материала перемещают различные механизмы. Ученые также могут исследовать области дисков, в которых действуют изученные механизмы. В будущем это поможет разработать модель, показывающую, как быстро закрывается возможность формирования планет и в каких регионах протопланетарного диска наиболее вероятно формирование различных типов планет. Исследование команды было опубликовано 25 августа в журнале The Astronomical Journal.