Астрономи, використовуючи космічний телескоп Джеймса Вебба, простежили за 72 молодими зорями, схожими на Сонце, і дійшли висновку: формування планет — це справжні перегони з часом. Матеріал, з якого народжуються світи, постійно втікає з протопланетних дисків — обертових «тарілок» газу й пилу навколо новонароджених зір. Про це повідомляє видання Space Astronomy.
Дослідження стало найдетальнішим на сьогодні оглядом того, як саме речовина залишає протопланетні диски та як це пов’язано з різними стадіями формування планет навколо сонцеподібних зір. Отримані результати допомагають краще зрозуміти, чому наша Сонячна система набрала саме такої будови приблизно 4,6 мільярда років тому.
Коли газові гіганти мають шанс народитися
Команда підкреслює, що для великих газових гігантів на кшталт Юпітера й Сатурна час особливо критичний. Їхні гігантські атмосфери потребують величезних запасів газу, тому такі планети мають встигнути «зібрати» оболонки, поки диск ще достатньо масивний, а не розвіявся вітрами та струменями речовини.
На відміну від них, менші кам’янисті світи, подібні до Землі, потребують менше газу, тож їхнє формування менш чутливе до швидкого розсіювання диска. Вивчаючи, як і коли газ зникає, астрономи можуть окреслити часові рамки, в які можливе народження різних типів планет.
Як JWST «бачить» втечу речовини
Для роботи дослідники використали дані середньоінфрачервоного інструмента MIRI на борту телескопа Джеймса Вебба. Вони відстежували втрату маси в дисках за рухом молекулярного водню — однієї з найпоширеніших молекул у протопланетних дисках і ключового компонента газової оболонки.
Кожна з 72 зір у вибірці перебуває на іншій стадії раннього життя зоряної системи. Об’єднавши ці «кадри», команда фактично склала своєрідний фільм еволюції молодих планетних систем — від густих, масивних дисків до більш розріджених структур, де газу вже значно менше.
Один із головних висновків такого підходу: механізми, які виносять матеріал із протопланетних дисків, змінюються з віком зорі та самого диска, а також по-різному домінують на різних етапах.
Вітри, магнітні струмені та фотоевпаровування
На ранніх стадіях еволюції протопланетних дисків основну роль у втраті маси відіграють потужні магнітно керовані струмені та вітри. Вони живляться магнітними полями, що пронизують диск, і виштовхують газ у міжзоряний простір.
Згодом, коли диск стоншується і зоряне світло легше проходить крізь нього, ці магнітні процеси слабшають. Натомість починає домінувати інший механізм: високоенергетичне випромінювання молодої зорі йонізує газ і буквально «видуває» його в космос. Такий процес називають фотоевпаровуванням.
Результати показують, що не існує єдиного універсального способу, який би відповідав за очищення простору навколо молодих зір від газу й пилу. Різні механізми послідовно або паралельно працюють на різних етапах, задаючи темп, з яким закінчується епоха формування планет.
Що це означає для моделей планетних систем
Виявилося, що момент, коли газ остаточно зникає з диска, встановлює своєрідний «фундаментальний годинник» для формування планет. Як тільки газ розсіюється, можливість створити багаті на газ світи практично зникає — залишаються переважно шанси на формування менших, кам’янистих планет.
Робота також демонструє, що телескоп Джеймса Вебба здатен детально вивчати розсіювання газу й пилу навколо окремих молодих зір, а не лише в далеких галактиках чи туманностях. Це відкриває шлях до систематичних досліджень ранніх етапів життя планетних систем.
Наступний крок для команди — з’ясувати, яку саме кількість речовини переносять різні механізми та в яких зонах диска вони діють найактивніше. У перспективі це дозволить створити моделі, що покажуть, наскільки швидко припиняється формування планет і в яких регіонах протопланетного диска найімовірніше народжуються газові гіганти, суперземлі чи інші типи світів.