Это изображение NGC 346, массивного звездного скопления в Малом Магеллановом Облаке, карликовой галактике, которая является одним из ближайших соседей Млечного Пути, полученное космическим телескопом имени Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA. Из-за относительного отсутствия элементов тяжелее гелия и водорода скопление NGC 346 служит близким объектом для изучения звездных сред с похожими условиями в ранней, далекой Вселенной. Десять маленьких желтых кружков, помещенных над изображением, обозначают положение десяти исследованных звезд. Изображения предоставлены: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, О.К. Джонс (УВД Великобритании), Г. Де Марчи (ESTEC), М. Мейкснер (USRA)
Космический телескоп НАСА/ЕКА/КСА имени Джеймса Уэбба только что разрешил загадку, подтвердив спорное открытие, сделанное с помощью космического телескопа НАСА/ЕКА Хаббл более 20 лет назад.
В 2003 году Хаббл предоставил доказательства существования массивной планеты вокруг очень старой звезды, почти такой же старой, как Вселенная. Такие звезды обладают лишь небольшим количеством более тяжелых элементов, которые являются строительными блоками планет. Это означало, что формирование планет произошло, когда наша Вселенная была очень молодой, и что эти планеты успели сформироваться и вырасти в своих первичных дисках, даже больше, чем Юпитер. Но как? Это было озадачивающе.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали Уэбба для изучения звезд в соседней галактике, в которой, как и в ранней Вселенной, не хватает большого количества тяжелых элементов. Они обнаружили, что некоторые звезды не только имеют диски, образующие планеты, но и что эти диски также имеют более длительную продолжительность жизни, чем диски, наблюдаемые вокруг молодых звезд в нашей Галактике Млечный Путь. Работа опубликована в Astrophysical Journal.
«Благодаря Уэббу мы получили действительно убедительное подтверждение того, что мы видели с помощью Хаббла, и нам нужно переосмыслить то, как мы моделируем формирование планет и раннюю эволюцию в ранней Вселенной», — сказал руководитель исследования Гвидо Де Марки из Европейского центра космических исследований и технологий. ЕКА Нордвейк, Нидерланды.
Другая обстановка в первые дни
В ранней Вселенной звезды образовались в основном из водорода и гелия с очень небольшим количеством более тяжелых элементов, таких как углерод и железо, которые позже образовались в результате взрывов сверхновых.
«Современные модели предсказывают, что при таком небольшом количестве более тяжелых элементов диски вокруг звезд имеют короткую продолжительность жизни, настолько короткую, что планеты не могут вырасти большими», — сказала Елена Сабби, соавтор исследования Уэбба и старший научный сотрудник обсерватории Близнецов Национальной научной лаборатории NOIRLab Фонда. в Тусоне. «Но Хаббл видел эти планеты. А что, если модели не будут точными и диски прослужат дольше?»
На этом рисунке желтым цветом внизу слева показан спектр одной из 10 целевых звезд в этом исследовании (а также сопутствующий свет от ближайшего фонового окружения). Выделены спектральные следы горячего атомарного гелия, холодного молекулярного водорода и горячего атомарного водорода. Вверху слева, пурпурным цветом, вы можете видеть спектр, слегка смещенный от звезды и содержащий только свет от фоновой среды. Во втором спектре отсутствует спектральная линия холодного молекулярного водорода. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, ККА, Дж. Олмстед (STScI)
Чтобы проверить эту идею, ученые обучили Уэбба работе с Малым Магеллановым Облаком, карликовой галактикой, которая является одним из ближайших соседей Млечного Пути. В частности, они исследовали массивное звездообразующее звездное скопление NGC 346, в котором также наблюдается относительный недостаток более тяжелых элементов. Скопление служило точным аналогом для изучения звездных сред с похожими условиями в ранней, далекой Вселенной.
Наблюдения Хаббла за NGC 346 в середине 2000-х годов выявили множество звезд возрастом от 20 до 30 миллионов лет, которые, по-видимому, все еще были окружены дисками, образующими планеты. Это противоречило традиционному предположению, что такие диски распадутся через два-три миллиона лет.
«Результаты Хаббла были противоречивыми и противоречили не только эмпирическим данным в нашей галактике, но и современным моделям», — сказал Де Марчи. «Это было увлекательно, но без возможности получить спектры этих звезд мы не могли точно определить, наблюдаем ли мы реальную аккрецию и наличие дисков или просто какие-то искусственные эффекты».
Благодаря чувствительности и разрешению Уэбба у ученых теперь есть первые спектры формирующихся звезд типа Солнца и их непосредственного окружения в соседней галактике.
«Мы видим, что эти звезды на самом деле окружены дисками и все еще поглощают материал даже в относительно старом возрасте в 20 или 30 миллионов лет», — сказал Де Марчи. «Это также означает, что у планет вокруг этих звезд есть больше времени для формирования и роста, чем в близлежащих регионах звездообразования в нашей собственной галактике».
Это параллельное сравнение показывает изображение Хаббла массивного звездного скопления NGC 346 (слева) в сравнении с изображением того же звездного скопления Уэбба (справа). В то время как изображение Хаббла показывает больше туманностей, изображение Уэбба проникает сквозь эти облака и раскрывает большую часть структуры скопления. В NGC 346 относительно мало элементов тяжелее гелия и водорода, что делает ее хорошим индикатором звездной среды в ранней, далекой Вселенной. Изображения предоставлены: НАСА, ЕКА, ККА, STScI, О.К. Джонс (УВД Великобритании), Г. Де Марчи (ESTEC), М. Мейкснер (USRA), А. Нота (ЕКА).
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
Новый образ мышления
Это открытие опровергает предыдущие теоретические предсказания о том, что звезда очень быстро сдула бы диск, если бы газ вокруг диска содержал очень мало более тяжелых элементов. Таким образом, продолжительность жизни диска будет очень короткой, даже меньше миллиона лет. Но если диск не остается вокруг звезды достаточно долго, чтобы пылинки слиплись и образовались камешки, образующие ядро планеты, то как могут образоваться планеты?
Исследователи объяснили, что могут существовать два разных механизма или даже комбинация того, почему диски, образующие планеты, сохраняются в средах, где более тяжелых элементов мало.
Чтобы сдуть диск, звезда сначала оказывает радиационное давление. Чтобы это давление было эффективным, в газе должны быть элементы тяжелее водорода и гелия. Но массивное звездное скопление NGC 346 содержит лишь около 10% более тяжелых элементов, присутствующих в химическом составе нашего Солнца. Возможно, звезде в этом скоплении просто требуется больше времени, чтобы растворить свой диск.
Вторая возможность заключается в том, что звезда, подобная Солнцу, должна была бы возникнуть из более крупного облака газа, если бы в ней было мало более тяжелых элементов. Более крупное газовое облако создает больший диск. Таким образом, масса диска больше, и, следовательно, потребовалось бы больше времени, чтобы сдуть диск, даже если бы радиационное давление действовало таким же образом.
«Поскольку вокруг звезд больше материи, аккреция занимает больше времени», — сказал Сабби. «Для исчезновения дисков требуется в десять раз больше времени. Это имеет значение для того, как вы формируете планету и какую системную архитектуру вы можете иметь в этих различных средах. Это так захватывающе».
Информация от: Европейским космическим агентством
