Международная группа астрономов, используя инфракрасную космическую обсерваторию «Джеймс Уэбб», выявила сложную организацию дисковых ветров — потоков газа, выбрасываемых из протопланетных дисков вокруг молодых звезд. Полученные данные предоставили новые сведения о формировании звездных систем.
В наблюдаемой Вселенной ежесекундно появляется свыше 3000 новых звезд. У многих из них имеются протопланетные диски – вращающиеся газопылевые образования, из которых впоследствии возникают планеты. Тем не менее, механизмы формирования звезд и планетных систем до конца не ясны.
Важную роль в формировании планет играют процессы аккреции, то есть накопления материи звездой из окружающего ее диска. Для того чтобы газ прекратил вращение вокруг звезды и начал падать на нее, он должен избавиться от части своего углового момента, однако конкретные детали этого процесса пока остаются невыясненными.
В последние годы ученые все чаще рассматривают дисковые ветры как вероятное объяснение данного явления. Предполагается, что ветры, формируемые под воздействием магнитных полей и обладающие скоростью от 16 до 80 километров в секунду, удаляют газ и угловой момент с поверхности диска.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, вели наблюдения за четырьмя молодыми звездами, расположенными «ребром» к Земле. Три из четырех светил освободились от своих первоначальных газопылевых облаков, став идеальными кандидатами для изучения процессов внутри диска.
С помощью инфракрасного спектрографа NIRSpec, являющегося одним из ключевых приборов космического телескопа «Уэбб», и данных, полученных ранее с телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter Array), ученые получили принципиально новые сведения о газовых потоках, выбрасываемых из диска, в котором формируются планеты, в межзвездное пространство.
Анализ показал, что ветры имеют сложную трехмерную структуру. В каждом диске был выявлен быстрый и узкий струйный поток, который можно определить по излучению ионов железа (Fe II). Этот поток находится в более медленном потоке молекулярного водорода (H₂), а он, в свою очередь, окружен еще более медленным потоком монооксида углерода (CO). Такая разная структура компонентов согласуется с теоретическими моделями, описывающими «погруженную» морфологию дисковых ветров.
Благодаря этим изображениям ученые впервые смогли увидеть ветры, вызывающие потерю углового момента – явления, при котором газ, отбрасывая часть своей инерции, оседает на звезду. Кроме того, полученные в ходе исследования данные способствуют лучшему пониманию процессов формирования звезд и планетных систем.
На эволюцию протопланетных дисков оказывают влияние и другие процессы, в частности, так называемые X-ветры — это выбросы вещества, которые исходят от протозвезды и возникающие из-за магнитных сил в аккреционных дисках близ формирующегося светила. Внешние части диска также облучаются интенсивным звездным светом, что приводит к возникновению тепловых ветров.
«Благодаря высокой чувствительности и разрешению космической обсерватории „Джеймс Уэбб“ стало возможным выявить и различить ветры, вызванные магнитным полем, тепловые ветры и X-ветры“», — объяснили авторы нового исследования.
Анализ полученных данных позволяет ученым реконструировать облик Солнечной системы 4,6 миллиардов лет назад. Структура ветров, напоминающая погружение, подтверждает теоретические выводы о том, что дисковые потоки играют важную роль в процессе притяжения вещества и формировании планет.
Для более глубокого изучения процессов, протекающих в протопланетных дисках, и получения дополнительных сведений о формировании звездных систем, включая Солнечную систему и, возможно, обитаемые планеты за её пределами, команда намерена продолжить свои наблюдения.