Художественное впечатление, адаптированное для демонстрации рассеивания газа из диска, образующего планету. Фото: ESO/М. Корнмессер
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) помогает ученым раскрыть, как формируются планеты, углубляя понимание мест их рождения и околозвездных дисков, окружающих молодые звезды.
В статье, опубликованной в «Астрономическом журнале», группа учёных под руководством Намана Баджаджа из Университета Аризоны и в том числе доктора Умы Горти из Института SETI впервые представила изображения ветров со старого диска, формирующего планеты (все ещё очень сильного). молодой относительно Солнца), которое активно рассеивает свое газовое содержимое. Диск уже создавался, а вот винды со старых дисков — нет. Знание того, когда газ рассеивается, важно, поскольку оно ограничивает время, оставшееся зарождающимся планетам на поглощение газа из своего окружения.
В основе этого открытия лежит наблюдение TCha, молодой звезды (по отношению к Солнцу), окутанной разрушающимся диском, отличающимся огромной пылевой щелью, радиусом примерно 30 астрономических единиц. Впервые астрономы изобразили рассеивающийся газ (так называемый ветер) с помощью четырех линий благородных газов неона (Ne) и аргона (Ar), одна из которых является первым обнаружением в диске, образующем планеты. Изображения [Ne II] показывают, что ветер дует из обширной области диска.
Команда, все члены которой являются членами программы JWST, возглавляемой Иларией Паскуччи (Университет Аризоны), также заинтересована в том, чтобы узнать, как происходит этот процесс, чтобы они могли лучше понять историю и влияние на нашу Солнечную систему.
«Эти ветры могут быть вызваны либо высокоэнергетическими звездными фотонами (светом звезды), либо магнитным полем, которое ткет планетообразующий диск», — сказал Баджадж.
Доктор Горти из Института SETI десятилетиями проводила исследования по рассеянию дисков и вместе со своим коллегой предсказала сильное выделение аргона, которое сейчас обнаружил JWST. Она «очень рада наконец-то разобраться в физических условиях ветра и понять, как они запускаются».
Планетные системы, подобные нашей Солнечной системе, по-видимому, содержат больше каменистых объектов, чем богатых газом. Вокруг нашего Солнца к ним относятся внутренние планеты, пояс астероидов и пояс Койпера. Но ученым уже давно известно, что в дисках, образующих планеты, масса газа в 100 раз больше массы твердого тела, что приводит к актуальному вопросу: когда и как большая часть газа покидает диск/систему?
На самых ранних стадиях формирования планетной системы планеты объединяются во вращающийся диск газа и крошечной пыли вокруг молодой звезды. Эти частицы слипаются вместе, образуя все большие и большие куски, называемые планетезималями. Со временем эти планетезимали сталкиваются и слипаются, в конечном итоге образуя планеты. Тип, размер и расположение образующихся планет зависят от количества доступного материала и того, как долго он остается на диске. Итак, исход формирования планет зависит от эволюции и распространения диска.
Та же группа в другой работе под руководством доктора Эндрю Селлека из Лейденской обсерватории провела моделирование рассеяния, вызванного звездными фотонами, чтобы различить эти два явления. Они сравнивают эти симуляции с реальными наблюдениями и обнаруживают, что рассеяние высокоэнергетическими звездными фотонами может объяснить наблюдения и, следовательно, не может быть исключено как возможность.
Доктор Селлек рассказал, как «одновременное измерение всех четырех линий с помощью JWST оказалось решающим для определения свойств ветра и помогло нам продемонстрировать, что значительные количества газа рассеиваются».
Чтобы представить это в контексте, исследователи подсчитали, что масса, рассеивающаяся каждый год, эквивалентна массе Луны. В сопутствующей статье, которая в настоящее время рассматривается в The Astronomical Journal, будут подробно описаны эти результаты.
[Ne II] линия была впервые обнаружена в направлении нескольких планетообразующих дисков в 2007 году с помощью космического телескопа Спитцер и вскоре была идентифицирована как трассер ветров руководителем проекта профессором Паскуччи из Университета Аризоны; это изменило исследовательские усилия, направленные на понимание рассеяния дискового газа. Открытие пространственно разрешенных [Ne II] и первое обнаружение [Ar III] использование JWST может стать следующим шагом к изменению нашего понимания этого процесса.
«Мы впервые использовали неон для изучения дисков, формирующих планеты, более десяти лет назад, проверяя наши вычислительные симуляции на данных со Спитцера и на новых наблюдениях, полученных с помощью ESO VLT», — сказал профессор Ричард Александер из Школы физики и физики Университета Лестера. Астрономия. Мы многому научились, но эти наблюдения не позволили нам измерить, какую массу теряют диски. Новые данные JWST впечатляют, и я никогда не думал, что смогу разрешить ветры диска в изображениях. Поскольку впереди еще много подобных наблюдений, JWST позволит нам понять молодые планетные системы как никогда раньше».
Кроме того, группа также обнаружила, что внутренний диск Т Ча развивается в очень короткие сроки в несколько десятилетий; они обнаруживают, что спектр JWST T Cha отличается от более раннего спектра Спитцера. По словам Ченгьян Се из Университета Аризоны, ведущего автора этой незавершенной работы, это несоответствие можно объяснить небольшим асимметричным внутренним диском, который потерял часть своей массы всего за 17 лет. Наряду с другими исследованиями, это также намекает на то, что диск T Cha находится в конце своей эволюции.
Се добавляет: «Возможно, мы сможем стать свидетелями рассеивания всей массы пыли во внутреннем диске Ти Ча в течение нашей жизни».
Последствия этих результатов позволяют по-новому взглянуть на сложные взаимодействия, которые приводят к рассеиванию газа и пыли, имеющих решающее значение для формирования планет. Понимая механизмы, лежащие в основе рассеяния дисков, ученые смогут лучше предсказывать сроки и условия, способствующие рождению планет. Работа команды демонстрирует мощь JWST и открывает новый путь в изучении динамики формирования планет и эволюции околозвездных дисков.
Данные, используемые в этой работе, были получены с помощью инструмента JWST/MIRI в рамках программы PID 2260 для генеральных наблюдателей цикла 1 (PI: И. Паскуччи). В исследовательскую группу входят Наман Баджадж (аспирант), профессор Илария Паскуччи, доктор Ума Горти, профессор Ричард Александр, доктор Эндрю Селлек, доктор Джейн Моррисон, профессор Андрас Гаспар, профессор Кэти Кларк, Ченгян Се (выпускник). студентка), доктор Джулия Баллабио и Диншань Дэн (аспирант).
Информация от: Институтом SETI
