В представлении этого художника о диске, образующем планеты, окружающем молодую звезду, виден кружащийся «блин» горячего газа и пыли, из которого формируются планеты. Используя космический телескоп Джеймса Уэбба, команда получила подробные изображения, показывающие слоистую коническую структуру дисковых ветров — потоков газа, вырывающихся в космос. Фото: Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ).
Каждую секунду в видимой Вселенной рождается более 3000 звезд. Многие из них окружены тем, что астрономы называют протопланетным диском — вращающимся «блинчиком» горячего газа и пыли, из которого формируются планеты. Однако точные процессы, которые порождают звезды и планетные системы, до сих пор плохо изучены.
Команда астрономов под руководством исследователей из Университета Аризоны использовала космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, чтобы получить наиболее подробные сведения о силах, которые формируют протопланетные диски. Наблюдения дают представление о том, как могла выглядеть наша Солнечная система 4,6 миллиарда лет назад.
В частности, команде удалось проследить так называемые дисковые ветры с беспрецедентной детализацией. Эти ветры представляют собой потоки газа, выдуваемые из диска, образующего планету, в космос. Эти ветры, питаемые в основном магнитными полями, могут преодолевать десятки миль всего за одну секунду.
Выводы исследователей, опубликованные в журнале Nature Astronomy, помогают астрономам лучше понять, как формируются и развиваются молодые планетные системы.
По словам ведущего автора статьи Иларии Паскуччи, профессора Лаборатории Луны и Планет Университета А, одним из наиболее важных процессов, происходящих в протопланетном диске, является поглощение звездой вещества из окружающего ее диска, что известно как аккреция.
«То, как звезда наращивает массу, оказывает большое влияние на то, как окружающий диск развивается с течением времени, в том числе на то, как впоследствии формируются планеты», — сказал Паскуччи. «Конкретные способы, которыми это происходит, еще не изучены, но мы думаем, что ветры, создаваемые магнитными полями на большей части поверхности диска, могут играть очень важную роль».
Молодые звезды растут, втягивая газ из вращающегося вокруг них диска, но для того, чтобы это произошло, газ должен сначала потерять часть своей инерции. В противном случае газ постоянно вращался бы вокруг звезды и никогда бы не падал на нее. Астрофизики называют этот процесс «потерей углового момента», но как именно это происходит, осталось неясным.
Чтобы лучше понять, как действует угловой момент в протопланетном диске, полезно представить себе фигуристку на льду: если сложить руки вдоль тела, она будет вращаться быстрее, а вытягивание их замедлит ее вращение. Поскольку ее масса не меняется, угловой момент остается прежним.
Чтобы произошла аккреция, газ на диске должен потерять угловой момент, но астрофизикам трудно прийти к единому мнению, как именно это происходит. В последние годы дисковые ветры стали важными игроками, отводящими часть газа с поверхности диска, а вместе с ним и угловой момент, что позволяет оставшемуся газу двигаться внутрь и в конечном итоге падать на звезду.
По словам второго автора статьи Трейси Бек из Научного института космического телескопа НАСА, поскольку существуют и другие процессы, которые формируют протопланетные диски, очень важно уметь различать различные явления.
Это составное RGB-изображение одного из источников, описанных в статье (HH30), впервые показывает вложенную морфологию дисковых ветров с несколькими трассерами: Fe[II] Излучение (синим цветом) отслеживает самый быстрый и наиболее коллимированный компонент (струю). Фе[II] выбросы вложены в выбросы водорода с более низкой скоростью (зеленый), которые сами по себе вложены в еще более медленные выбросы угарного газа (J = 2-1) (красные). Фе[II] выбросы водорода были получены с помощью JWST/NIRSpec, тогда как выбросы угарного газа ранее наблюдались с помощью ALMA (Большая миллиметровая решетка Атакамы). Фото: Илария Паскуччи и др.
В то время как материал на внутреннем крае диска выталкивается магнитным полем звезды в так называемом Х-ветре, внешние части диска разрушаются интенсивным звездным светом, что приводит к возникновению так называемых тепловых ветров, которые дуют с большей силой. более медленные скорости.
«Чтобы отличить ветер, вызванный магнитным полем, тепловой ветер и Х-ветер, нам действительно нужна была высокая чувствительность и разрешение JWST (космического телескопа Джеймса Уэбба)», — сказал Бек.
В отличие от узконаправленного Х-ветра, ветры, наблюдаемые в настоящем исследовании, происходят из более широкой области, которая включает внутренние скалистые планеты нашей солнечной системы — примерно между Землей и Марсом. Эти ветры также распространяются над диском дальше, чем термические ветры, достигая расстояний, в сотни раз превышающих расстояние между Землей и Солнцем.
«Наши наблюдения убедительно свидетельствуют о том, что мы получили первые изображения ветров, которые могут устранить угловой момент и решить давнюю проблему формирования звезд и планетных систем», — сказал Паскуччи.
Для своего исследования исследователи выбрали четыре протопланетные дисковые системы, каждая из которых выглядит ребром, если смотреть с Земли.
«Их ориентация позволила пыли и газу в диске действовать как маска, блокируя часть яркого света центральной звезды, который в противном случае заглушил бы ветры», — сказал Наман Баджадж, аспирант Лунной и планетарной лаборатории, внесший свой вклад. в исследование.
Настроив детекторы JWST на отдельные молекулы в определенных переходных состояниях, команда смогла проследить различные слои ветров. Наблюдения выявили сложную трехмерную структуру центральной струи, вложенную в конусообразную оболочку ветров, возникающих на все больших расстояниях от диска, подобную слоистой структуре луковицы.
Важным новым открытием, по мнению исследователей, стало последовательное обнаружение выраженного центрального отверстия внутри конусов, образованного молекулярными ветрами в каждом из четырех дисков.
Далее команда Паскуччи надеется распространить эти наблюдения на большее количество протопланетных дисков, чтобы лучше понять, насколько распространены наблюдаемые структуры дискового ветра во Вселенной и как они развиваются с течением времени.
«Мы считаем, что они могут быть общими, но, учитывая четыре объекта, это сложно сказать», — сказал Паскуччи. «Совместно с Джеймсом Уэббом мы хотим получить более крупный образец, а затем посмотреть, сможем ли мы обнаружить изменения в этих ветрах по мере того, как собираются звезды и формируются планеты».
Информация от: Университетом Аризоны
