Телескоп Джеймса Уэбба показал, что планеты формируются в спешке: газ уходит быстрее, чем растут гиганты

Международная группа астрономов под руководством Намана Баджая из Университета Аризоны провела одно из крупнейших исследований планетообразования с помощью JWST. Учёные изучили 72 молодые звёздные системы, похожие на Солнце, и их протопланетные диски. Результаты опубликованы в журнале The Astronomical Journal.

Как газ покидает диски планетообразования

Исследователи сосредоточились на двух показателях: молекулярном водороде (самой распространённой молекуле в протопланетных дисках) и ионизированном неоне. Благодаря чувствительности и разрешению JWST удалось различить широкие ветры с молекулярным водородом от струй и ветров, отслеживаемых неоном.

В самых молодых системах, где материал ещё падает на центральную звезду, обнаружены мощные струи наряду с широкими ветрами, содержащими молекулярный и атомарный газ. Эти выбросы согласуются с ветрами, генерируемыми магнитными полями, пронизывающими диск. Газ следует вдоль этих магнитных силовых линий наружу, удаляя как материал, так и угловой момент из диска.

Переход от магнитных ветров к радиационному испарению

По мере созревания планетных систем и снижения потока материала на звезду струи ослабевают, и уходящий газ становится всё более атомарным. На этом этапе высокоэнергетическое излучение молодой звезды проникает в истончающийся материал и нагревает газ в диске до его испарения. Этот механизм известен как фотоиспарение.

Исследование показало, что в 66 из 72 дисков обнаружены протяжённые выбросы молекулярного водорода и ионизированного неона. Конические ветры молекулярного водорода появились в 46 системах, а быстродвижущиеся струи неона найдены в 40. Каждая система, содержащая струю неона, также показала признаки ветра, отслеживаемого молекулярным водородом или кислородом.

Гонка со временем для формирования газовых гигантов

Ключевой вывод исследования: планетообразование — это не спокойный процесс, а гонка со временем. Газовые гиганты, подобные Юпитеру, должны собрать свои массивные атмосферы, пока диск ещё достаточно плотный, чтобы их снабжать, прежде чем ветры и струи унесут этот материал в космос. Как объяснила соавтор исследования Ума Готри из SETI Institute: рассеяние диска устанавливает фундаментальные часы для формирования планет — как только газ исчезает, возможность построить богатые газом планеты по сути заканчивается.

Контекст: наша Солнечная система

Наша Солнечная система сейчас имеет возраст около 4,5 миллиардов лет и состоит в основном из пустого пространства. Однако в первые несколько миллионов лет молодое Солнце было окружено плотным протопланетным диском, содержащим примерно в 100 раз больше газа, чем пыли. Почти весь этот газ в конечном итоге исчез.

Перспективы исследований

Исследователи теперь хотят определить, ровно сколько газа эти ветры удаляют с течением времени, и определить, откуда в диске исходит уходящий материал. Эти измерения могли бы раскрыть не только то, насколько быстро закрывается окно для формирования планет, но и какие регионы диска способны производить различные типы планет, прежде чем их газоснабжение исчезнет.

Это данные исследования, а не медицинский совет.