Каждый раз, когда образуется звезда, это представляет собой взрыв возможностей. Не для самой звезды; его судьба определяется его массой. Возможности, которые он означает, заключены в планетах, которые формируются вокруг него. Некоторые из них будут каменистыми? Окажутся ли они в обитаемой зоне? Появится ли когда-нибудь жизнь на какой-либо из планет?
В развитии каждой солнечной системы наступает момент, когда она больше не может образовывать планеты. Планеты больше не могут образоваться, потому что больше нет газа и пыли, а расширяющиеся планетарные возможности ограничены. Но общая масса планет солнечной системы никогда не складывается с общей массой газа и пыли, имеющейся вокруг молодой звезды.
Что происходит с массой и почему не может образоваться больше планет?
Когда протозвезда формируется в облаке молекулярного водорода, ее сопровождает вращающийся диск газа и пыли, называемый околозвездным диском. По мере того, как материал собирается во все более крупные тела, планетезимали формируются, а в конечном итоге и планеты. В этот момент диск называют протопланетным диском. Но как бы мы это ни называли, вращающийся диск — это резервуар материала, из которого формируются планеты.
В нашей Солнечной системе каменных объектов больше, чем газообразных. Не по массе, а по количеству. Ученые полагают, что системы, подобные нашей, образуют такое же количество каменистых и газообразных объектов.
Но на заре существования Солнечной системы газа было гораздо больше, чем твердых тел. Это противоречит тому факту, что диски вокруг молодых звезд содержат в 100 раз больше газа, чем твердых тел. Куда уходит весь газ?
Новое исследование, основанное на наблюдениях JWST, дает ответ. Исследование называется «Наблюдения T Cha с помощью JWST MIRI MRS: открытие пространственно разрешенного дискового ветра». Оно опубликовано в «Астрономическом журнале», а ведущим автором является Наман С. Баджадж, аспирант Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны.
T Chamaelontis (T Cha) — молодая звезда T Тельца, расположенная примерно в 335 световых годах от нас. Звездам Т Тельца менее десяти миллионов лет, и они еще не вошли в главную последовательность. На этом этапе своего развития диски вокруг звезд Т Тельца рассеиваются. Газ в диске активно рассеивается в космос.
«Знание того, когда газ рассеивается, важно, поскольку оно дает нам лучшее представление о том, сколько времени газообразным планетам нужно потреблять газ из своего окружения», — сказал ведущий автор Баджадж. «Благодаря беспрецедентному взгляду на эти диски, окружающие молодые звезды, места рождения планет, JWST помогает нам раскрыть, как формируются планеты».
Поскольку тип и количество планет, образующихся в диске вокруг звезды, зависит от количества доступного газа и пыли, знание того, как и когда они рассеиваются, имеет основополагающее значение для понимания будущей Солнечной системы.
«Короче говоря, результат формирования планет зависит от эволюции и распространения диска», — сказал Баджадж.
Ти Ча примечателен не только своим молодым возрастом, но и по другой причине. В его разрушающемся околозвездном диске имеется огромная пылевая дыра шириной около 30 астрономических единиц. Внутри разрыва находится узкое кольцо материала, близкого к звезде, а снаружи разрыва — остаток материала диска. Планетарный кандидат находится в пробеле, но не участвует в этом исследовании.
Сила, рассеивающая газ, называется дисковым ветром. В этом исследовании ученые использовали JWST, чтобы исследовать диск и выяснить, что движет ветром. Это первый раз, когда ученые изобразили дисковый ветер.
Ионизация играет большую роль в дисперсии дисков. Ионизация происходит, когда энергичные фотоны звезды ударяются об атом и удаляют один или несколько электронов. Ионизация различных типов атомов высвобождает особый свет, который может видеть JWST и который ученые могут использовать для отслеживания активности в диске. В этом исследовании JWST обнаружил ионизацию двух благородных газов: аргона и неона. JWST также обнаружил дважды ионизированный аргон, впервые когда-либо обнаруженный в диске.
![На этом рисунке из исследования показаны некоторые наблюдения JWST. Верхняя панель представляет собой спектр JWST MIRI MRS T Cha, построенный между признаками ПАУ (полициклических ароматических углеводородов) и другими данными, включая выбросы запрещенных благородных газов, выделенные зеленым цветом. Нижние четыре панели дополнительно подчеркивают четыре запрещенных излучения линии: [Ar ii], [Ar iii], [Ne ii]и [Ne iii], которые особенно важны в данном исследовании. Присутствие дважды ионизированного аргона (Ar iii) ранее никогда не наблюдалось. Изображение предоставлено: Баджадж и др. 2024.](/wp-content/uploads/2024/03/ajad22e1f1_hr-1024x555.jpg "В далекой Солнечной системе JWST видит конец формирования планет")
Астрономам уже десять лет известно, что Ne ii отслеживает дисковые ветры. Это обнаружили ученые, работающие с космическим телескопом НАСА «Спитцер». В точке T Cha Ne ii отводит излучение от диска, что совместимо с дисковым ветром.
«Неоновая сигнатура на наших изображениях говорит нам, что дисковый ветер исходит из обширной области вдали от диска», — сказал Баджадж. «Эти ветры могут быть вызваны либо фотонами высокой энергии (по сути, светом, исходящим от звезды), либо магнитным полем, которое пронизывает диск, формирующий планету».
Очень важно понять источник ионизации. Чтобы разобраться в этом, исследователи полагались на моделирование. Исследователи смоделировали интенсивное излучение, исходящее от молодой звезды, и сравнили его с наблюдениями JWST. Было хорошее совпадение, показывающее, что энергичные звездные фотоны могут способствовать рассеиванию диска.
«Наше открытие эмиссии неона с пространственным разрешением — и первое обнаружение дважды ионизированного аргона — с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба может стать следующим шагом на пути к изменению нашего понимания того, как газ очищается из диска, образующего планеты», — сказала Илария Паскуччи, профессор LPL, который помог обнаружить, что неон отражает дисковые ветры. «Эти данные помогут нам лучше понять историю и влияние на нашу собственную Солнечную систему».
Будучи молодой звездой T Tauri, T Cha быстро меняется. Предыдущие наблюдения около 17 лет назад со Спитцером выявили другой спектр, чем эти наблюдения с JWST. Различия можно объяснить небольшим внутренним диском материала возле T Cha, который за прошедшие 17 лет потерял заметную массу. Говоря конкретным научным языком, MIRI [Ne ii] поток на 50% выше, чем поток Спитцера, полученный в 2006 году. Будущие исследования могут помочь пролить еще больше света на эти линии диагностики ветра.
Ченгьян Се, аспирант второго курса LPL, участвовавший в исследовании, считает, что мы наблюдаем за распространением диска в реальном времени и что ситуация будет продолжать быстро меняться.
«Наряду с другими исследованиями, это также намекает на то, что диск T Cha находится в конце своей эволюции», — сказал Се. «Мы могли бы стать свидетелями рассеивания всей массы пыли во внутреннем диске Ти Ча в течение нашей жизни».
Формирование планеты может остановиться в Т-Ча, и JWST помогает нам это увидеть.
