Телескоп «Уэбб» обнаружил протопланетные диски, противоречащие моделям формирования планет

26 дек 2024, 21:01

Вселенная полна сюрпризов, и телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) не перестает их открывать. Недавние наблюдения за Малым Магеллановым Облаком (ММО) — карликовой галактикой-соседкой Млечного Пути — бросили вызов устоявшимся представлениям о том, как формируются планеты. А знаете что? Оказывается, мы еще очень многого не понимаем.

Древние звезды, молодые планеты: парадокс «Хаббла»

До недавнего времени считалось, что первые звезды во Вселенной, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, не имели достаточного количества тяжелых элементов для формирования планет. Эти элементы, как известно, куются в недрах звезд и выбрасываются в космос после взрывов сверхновых. Постепенно, с каждым новым поколением звезд, содержание «металлов» во Вселенной увеличивалось. И вот тут-то «Хаббл» преподнес нам сюрприз. Наблюдая за древней звездой, возникшей всего через миллиард лет после Большого взрыва, он обнаружил вокруг нее массивную планету. Это открытие противоречило всем известным моделям: как могла сформироваться планета в столь «металлобедном» окружении?

Протопланетный диск, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

«Уэбб» наносит ответный удар: долгоживущие протопланетные диски

Команда ученых, изучая скопление звезд NGC 346 в ММО, с помощью телескопа «Уэбб» обнаружила нечто еще более удивительное. Оказалось, что протопланетные диски, окружающие молодые звезды в этой галактике (а в ММО, как известно, тяжелых элементов совсем немного) живут гораздо дольше, чем предполагалось ранее. По классическим моделям, подобные диски должны рассеиваться уже через 2-3 миллиона лет, но наблюдения «Уэбба» показали, что в ММО они могут сохраняться до 20-30 миллионов лет.

Спектры источников 9884 (верхняя панель) и 20408 (нижняя панель). Для каждой звезды мы показываем одномерный спектр (после вычитания фона) и связанные с ним 1σ неопределенности (которые получены в результате распространения стандартной ошибки через конвейер редукции). На нижней панели мы показываем 2D-корректированный след. На панелях справа показаны негативные изображения фильтров HST F658N (Hα) и NIRCam F444W, синим цветом отмечены три положения кивков апертуры щелевой решетки NIRSpec. На рисунке показаны три положения нодирования: «abc», «bcd» и «cde», а отпечатки пяти отдельных микрошлюзов обозначены от a до e. Обратите внимание, что отдельные яркие пиксели, такие как те, что появляются на 2D-корректированной трассе в верхней панели в области 1,8 мкм и 2,6 мкм, являются результатом флагов в конвейерной обработке для исключения ложных пикселей (например, горячих пикселей, попаданий космических лучей, насыщения, отсутствия коррекции линейности и т. д.). После отметки пиксели исключаются из анализа и не оказывают никакого влияния на извлеченные одномерные спектры, которые используются в данной работе.
Автор: Guido De Marchi et al 2024 ApJ 977 214 Источник: iopscience.iop.org

В чем же дело? Позвольте объяснить. Похоже, что нехватка тяжелых элементов играет тут ключевую роль. Во-первых, радиационное давление звезды, которое обычно «сдувает» протопланетный диск, может быть менее эффективным в условиях низкого содержания «металлов». Во-вторых, звезды в таких условиях, вероятно, образуются из более крупных облаков газа, что приводит к формированию более массивных и долгоживущих дисков. Как говорится, чем больше «материала», тем дольше аккреция.

Переосмысливая планетообразование

Открытие долгоживущих дисков в ММО имеет далеко идущие последствия для нашего понимания формирования планет. Оказывается, не все так просто, как мы думали. В ранней Вселенной, при меньшем содержании тяжелых элементов, планеты могли формироваться по совершенно иным сценариям, чем в нашей «металлобогатой» галактике.

Слева: CMD звезд в NGC 346 (G. De Marchi et al. 2011a). Все величины скорректированы на экстинкцию. Объекты с избыточной эмиссией в Hα на уровне 4σ и выше показаны открытыми кружками. В общей сложности 694 из них (красные точки) также имеют избыточную эмиссию Hα с EW более 20 Å или более 50 Å для звезд горячее 10 000 K. Квадраты соответствуют объектам с избыточной эмиссией Hα и EW менее 50 Å, которые являются потенциальными Be-звездами. Толстая черная пунктирная линия соответствует 50-процентному пределу полноты фотометрии в V и I диапазонах (E. Sabbi et al. 2007). Большинство других звезд в поле (серые точки) не демонстрируют избыточного излучения Hα. Тонкие зеленые пунктирные линии соответствуют изохронам из работы J. Tang et al. (2014) для Z = 0,002 и возрастов 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 млн. лет справа налево. Стрелками показаны репрезентативные векторы покраснения для цветового избытка E(V — I) = 0,5 и двух значений отношения общей экстинкции к селективной: R = 3,1 (стандартный галактический закон экстинкции, верхняя стрелка) и R = 4,5, измеренное в массивном звездном скоплении 30 Dor с низкой металличностью (нижняя стрелка). Правая панель: H-R-диаграмма звезд с избытком Hα на уровне 4σ и выше. Толстыми сплошными линиями показаны эволюционные треки из группы Пизы (S. DeglInnocenti et al. 2008; E. Tognelli et al. 2011) для металличности Z = 0,002 и масс от 0,5 до 4 M⊙, как указано. Соответствующие изохроны показаны тонкими пунктирными линиями для тех же возрастов, что и на левой панели. Обратите внимание, что постоянный шаг логарифмического возраста был выбран таким образом, чтобы типичное расстояние между изохронами было больше, чем неопределенности (обозначенные типичными полосами ошибок в левом нижнем углу диаграммы H-R).
Автор: Guido De Marchi et al 2024 ApJ 977 214 Источник: iopscience.iop.org

Ученым предстоит пересмотреть устоявшиеся модели и, возможно, предложить новые механизмы, способные объяснить наблюдаемые аномалии. А вы знали, что «Уэбб» также обнаружил, что сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной оказались массивнее, чем ожидалось? Это еще раз подчеркивает, что мы только начинаем раскрывать тайны космоса.

Вперед, к новым открытиям!

Наблюдения «Уэбба» не только ставят под сомнение старые теории, но и открывают новые перспективы для исследований. Изучение звезд и планет в таких «экстремальных» условиях, как ММО, поможет нам лучше понять разнообразие планетарных систем и процессы их формирования. Честно говоря, это захватывающее путешествие в неизведанное, и мы только в начале пути. Похоже, Вселенная еще не раз удивит нас своими секретами.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник