Астрономы изучили систему молодой звезды T Cha, находящуюся на завершающей стадии формирования. Газ и пыль из протопланетного диска постепенно рассеиваются. Специалисты полагают, что этому способствуют различные факторы, включая звездный ветер, однако его непосредственное наблюдение ранее было невозможно – до исследований, проведенных с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Эволюция планетной системы во многом определяется рассеиванием протопланетного диска. Время и способ исчезновения диска оказывают влияние на формирование и перемещение планет. В системах, подобных нашей Солнечной, вблизи звезды формируются каменистые планеты, а газовые гиганты располагаются дальше от неё. Вопрос о том, куда уходит газ из внутренней части системы, может быть разрешен благодаря данным, полученным с космического телескопа «Джеймс Уэбб», как показало недавнее исследование».
Ранее специалисты полагали, что центральная область аккреционного диска рассеивается самостоятельно. Торможение, вызванное трением пыли и газа, приводит к их падению на звезду. Также значительную роль играет фотоиспарительный ветер – поток высокоэнергетических фотонов, распространяющихся от звезды и удаляющих диск. Сложность заключается в том, что этот ветер начинает действовать на значительном удалении от звезды, где гравитационное притяжение ослабевает.
В последние годы компьютерное моделирование на микрофизическом уровне позволило исследователям установить, что «падение» вещества в звезду обусловлено не столько трением, сколько воздействием магнитогидродинамического потока. Магнитное поле звезды ускоряет потоки газа, которые замедляют вращение протопланетного диска, и его вещество начинает устремляться к центру системы. Исследователи высказали предположение, что различить вклад фотонов и магнитного поля можно по смещению спектральных линий ионизированных аргона и неона, и им удалось это подтвердить.
Астрономы для проведения наблюдений выбрали T Cha, яркую звезду молодого возраста спектрального класса G (желтый карлик, подобный нашему Солнцу), находящуюся на расстоянии 336 световых лет от Земли. Возраст этой звезды оценивается от двух до десяти миллионов лет. Важно отметить, что предыдущие исследования показали интенсивное излучение неона [Ne II], что и представляло основной интерес для авторов.
Система T Cha обладает и другой характерной чертой – структурой протопланетного диска. В газовой среде он представлен непрерывным слоем, тогда как в пыли наблюдается значительный разрыв, приходящийся именно на внутреннюю область системы. В пределах от одной до 20 астрономических единиц, считая от звезды, пыль отсутствует.
Определить только по спектральным линиям оказалось невозможно: можно ли рассматривать неон как индикатор исключительно «магнитного» ветра во внутренней области системы, или же он сигнализирует и о высокоэнергетических фотонах. Для этого потребовалась система, подобная T Cha, с заметным разрывом, а также мощный телескоп, позволяющий зафиксировать колебания излучения между внутренней и внешней частями протопланетного диска.
«Более десяти лет назад мы впервые применили неон для изучения протопланетных дисков, проверяя наши компьютерные модели на данных телескопа «Спитцер» и новых наблюдениях, полученных с использованием Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Мы получили значительный объем информации, однако те данные не позволили нам определить, какой объем массы теряют диски в ходе этого процесса. Новые данные, полученные телескопом «Джеймс Уэбб», оказались поразительными, и я не ожидал, что удастся выявить в них поток вещества. «Джеймс Уэбб» предоставит нам беспрецедентную возможность понять эволюцию молодых планетных систем, как только мы получим больше наблюдений, подобных этим», — объяснил один из авторов нового исследования Ричард Александр, профессор Школы физики и астрономии Лестерского университета (Великобритания).
Ученым впервые удалось зафиксировать колебания неона [Ne II] и обнаружить аргон [Ar III] в протопланетном диске. Как утверждают авторы исследования, опубликованной в журнале The Astronomical Journal, наличие газовых линий свидетельствует о поздней стадии формирования системы, и их появление можно объяснить как воздействием «магнитного» ветра, так и «фотонным» излучением».
По имеющимся оценкам, которые будут представлены в сопроводительных публикациях, под воздействием ветров диск T Cha ежегодно теряет массу, эквивалентную массе Луны. Сопоставив полученные данные с информацией, собранной телескопом «Спитцер», исследователи предполагают, что нынешнее поколение ученых может стать свидетелем того, как быстро рассеется вся пыль из внутреннего диска. Это исследование еще раз подтверждает потенциал телескопа «Джеймс Уэбб»: благодаря ему астрономы получат возможность значительно расширить горизонты изучения эволюции протопланетных дисков.