Всем известно, что космический телескоп Джеймса Уэбба — это новаторский инфракрасный космический телескоп, который помогает нам лучше понять космос. Проницательные инфракрасные глаза JWST углубляют наше понимание всего: от экзопланет до примитивных галактик и рождения звезд.
Но это не первый революционный инфракрасный космический телескоп, который мы запустили. Был IRAS, затем ISO, затем космический телескоп «Спитцер». «Спитцер» является последним инфракрасным предшественником JWST, и JWST наблюдает за одной из тех же целей, что и «Спитцер», отмечая некоторые загадочные изменения.
В 2008 году «Спитцер» наблюдал SZ Chamaeleontis (SZ Cha), звезду Т-Тельца, возраст которой всего несколько миллионов лет и которая все еще растет. Это типично для молодых звезд и окружено протопланетным диском, толстым диском вращающегося газа и пыли, из которого формируются планеты. Наше Солнце было подобным этому пять миллиардов лет назад, до того, как сформировалась Солнечная система.
Когда «Спитцер» наблюдал SZ Cha, он заметил в диске особый тип химического элемента неона, названный Неон III. Неон может ионизироваться только при экстремальной энергии, поэтому его присутствие является свидетельством экстремального УФ-излучения звезды (EUV). Его также мало в дисках, бомбардируемых рентгеновскими лучами, что указывает на то, что SZ Cha не был очень энергичным в рентгеновском излучении.
Молодые звезды могут быть очень энергичными, и это может способствовать фотоиспарению их протопланетных дисков. Это ставит планеты в гонку со временем. Они должны сформироваться до того, как диск станет слишком диффузным. Хотя наблюдения Спитцера за Неоном III указывают на мощное звездное излучение, это EUV-излучение. EUV-излучение достаточно мощное, чтобы ионизировать стойкий неон, но оно не так эффективно при фотоиспарении диска, окружающего SZ Cha.
Но теперь JWST наблюдал за С.З. Ча и обнаружил нечто совершенно иное. Он нашел Неон III, но также нашел Неон II. Что еще более важно, они существуют в соотношении, которое находится на типичном уровне. Что это значит? «Один из способов отличить EUV-излучение от рентгеновского излучения неона с тонкой структурой — это измерение [Ne iii]-к-[Ne ii] коэффициент потока линий», — поясняют авторы.
Это означает, что молодая звезда излучает другую энергию. «Это указывает на переход от фотоиспарения диска с преобладанием EUV к фотоиспарению диска с преобладанием рентгеновских лучей», — отмечают авторы.
«Вселенная еще раз показывает нам, что ни один из ее методов не является настолько простым, насколько нам хотелось бы».
Кэтрин Эспайя, Бостонский университет.
Вместо EUV звезда бомбардирует свой протопланетный диск рентгеновскими лучами. Проблема в том, что рентгеновские лучи гораздо эффективнее сдувают диск, а это означает, что время для планет, образующихся в диске, тикает.
Эти результаты содержатся в новой статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters. Статья называется «JWST обнаруживает переменность неоновых линий в протопланетном диске». Ведущий автор — Кэтрин Эспайлат из Бостонского университета.
«Планеты, по сути, участвуют в гонке со временем, чтобы сформироваться в диске до того, как он испарится», — объяснил Танавут Танатибоди из Бостонского университета, еще один астроном из исследовательской группы. «В компьютерных моделях развивающихся систем экстремальное ультрафиолетовое излучение позволяет формировать планеты на 1 миллион лет больше, чем если бы испарение было вызвано преимущественно рентгеновскими лучами».
Так что там с СЗ Ча? Он не мог переключиться с EUV-излучения на рентгеновское излучение вот так. 15 лет – это всего лишь незначительный промах в жизни звезды. Почему необычные результаты Спитцера 15 лет назад по сравнению с более нормальными нынешними результатами JWST?
«Данные Спитцера и Уэбба превосходны, поэтому мы знали, что это должно быть что-то новое, что мы наблюдаем в системе SZ Cha – значительное изменение условий всего за 15 лет», – добавил соавтор Арджан Штурм из Лейденского университета, Лейден. , Нидерланды.
Ветер. Все дело в звездном ветре.
«Чтобы объяснить изменчивость [Ne iii]-к-[Ne ii] коэффициент потока линий SZ Cha в период с 2008 по 2023 год, мы предполагаем переменный ветер», — пишут исследователи.
Все звезды испускают звездный ветер. Это быстрые потоки заряженных частиц, которые взаимодействуют со звездной средой. Хотя большую часть времени они кажутся стабильными, это не совсем так. «Однако существует множество доказательств того, что практически все ветры горячих звезд содержат зависящую от времени структуру в различных пространственных масштабах», — поясняется в одной статье. Таким образом, звездные ветры от молодых звезд Т-Тельца, таких как SZ Cha, на самом деле очень горячие и очень динамичные.
Исследовательская группа, стоящая за новой статьей, считает, что, когда «Спитцер» смотрел на SZ Cha в 2008 году, он поймал звезду в более спокойный и относительно безветренный период. Когда ветер присутствует, он фактически поглощает ультрафиолетовый свет и оставляет рентгеновские лучи, которые ударяют по протопланетному диску. Но «Спитцер» поймал звезду, когда ветер отсутствовал или, по крайней мере, был тих. Это означает, что EUV смог ионизировать неон, что привело к обнаружению Неона III.
Это редкая находка: один из пяти случаев, когда астрономы обнаруживали Неон III на диске.
«Вселенная еще раз показывает нам, что ни один из ее методов не так прост, как нам хотелось бы. Нам необходимо переосмыслить, перенаблюдать и собрать больше информации. Мы будем следовать за неоновыми вывесками», — сказал Эспайя.
Что это может означать для планет, формирующихся в диске СЗ Ча?
Исследования показывают, что рентгеновское фотоиспарение (XPE) может стимулировать миграцию планет-гигантов, таких как Юпитер. Но чтобы это произошло, сначала должны сформироваться планеты-гиганты.
А когда дело доходит до СЗ Ча, времени может не хватить.
