Благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» ученые получили первые непосредственные данные о химическом составе и физических характеристиках диска, состоящего из газа и пыли, вокруг юной планеты, в окрестностях которой, вероятно, формируются спутники.
Вокруг экзопланеты CT Cha b, расположенной в 625 световых лет от Земли, простирается диск, насыщенный углеродом. Несмотря на то, что спутники пока не идентифицированы напрямую, это наблюдение предоставляет уникальную возможность изучить «строительные леса» формирования спутников на ранней стадии их развития и исследовать химические реакции, которые могут привести к образованию естественных спутников.
Звезде, вокруг которой вращается планета, всего 2 миллиона лет, и она продолжает увеличивать свою массу. Однако обнаруженный диск не относится к околозвездной структуре: между этими двумя системами находится приблизительно 74 миллиарда километров.
Наблюдения проводились с использованием инструмента MIRI (Mid-Infrared Instrument) телескопа «Уэбб» в режиме спектрографа со средним разрешением. Первичный анализ архивных данных «Уэбба» выявил наличие молекул в окрестностях планеты. Для подтверждения этих сигналов ученым потребовалось выделить слабый свет, исходящий от планеты, от яркого сияния звезды, вокруг которой она вращается, применяя методы наблюдения с высоким контрастом. В результате удалось идентифицировать семь углеродных молекул, в том числе ацетилен (C₂H₂) и бензол (C₆H₆). Такая насыщенность углеродом сильно отличается от химического состава диска вокруг звезды, где была зафиксирована вода, но углеродные соединения отсутствуют. Это позволяет сделать вывод о том, что всего за 2 миллиона лет планетные и звездные диски способны очень быстро химически дифференцироваться.
Различия в химическом составе двух дисков являются определяющим фактором: они свидетельствуют о том, что диск вокруг CT Cha b не является лишь частью более крупной структуры, а представляет собой независимую среду, развивающуюся самостоятельно. Такое молекулярное разнообразие содержит ценные сведения о процессах, определяющих формирование спутников, и может предоставить непосредственное сравнение с химией спутников в ранней Солнечной системе.
В течение многих лет существовали предположения, что крупные спутники, такие как галилеевы спутники Юпитера, образовались в плоских и копланарных дисках вокруг формирующихся планет. Новые данные, полученные телескопом «Уэбб», позволяют впервые проверить эти гипотезы: диск вокруг CT Cha b может служить «лабораторией» для конденсации вещества, из которого впоследствии возникнут спутники. Выявленные химические особенности, в особенности преобладание углеродистых соединений, ставят вопросы о механизмах и сроках формирования подобных объектов – будь то планеты земного типа или ледяные тела.
В последующие месяцы группа планирует углубить изучение других экзопланет, обладающих потенциальными дисками, чтобы выявить многообразие физико-химических характеристик в процессе формирования планетных систем. Данные исследования предоставят эмпирические сопоставления, которых ранее не хватало в результатах наблюдений. Параллельно с этим, открытие открывает возможности для будущих исследований с использованием субмиллиметрового, оптического или радиодиапазонов, которые могут предоставить дополнительные сведения, например, с помощью радиотелескопа ALMA.
Результаты исследования и описание выполненной работы были опубликованы в журнале .