Телескоп Уэбба открывает новые сведения о формировании планет в ранней Вселенной

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволил получить принципиально новые сведения о том, как формировались планеты на заре существования Вселенной, и пролить свет на давнюю астрономическую загадку. Пересмотрев результаты, полученные космическим телескопом «Хаббл» в 2003 году, исследователи подтвердили, что планетообразующие диски вокруг некоторых звезд существовали гораздо дольше, чем считалось ранее, что в корне меняет наше представление о ранней планетарной эволюции.

В 2003 году космический телескоп «Хаббл» сделал интригующее открытие: он обнаружил массивную планету, вращающуюся вокруг древней звезды, почти такой же старой, как сама Вселенная. Это вызвало недоумение, поскольку такие древние звезды, сформированные в основном из водорода и гелия, содержат лишь следовые количества более тяжелых элементов, таких как углерод и железо — основные строительные блоки для планет. Существовавшие теории предполагали, что в таких условиях у планет не будет достаточно времени, чтобы вырасти большими. Однако наблюдения «Хаббла» указывали на обратное.

Для исследования астрономы обратились к Малому Магелланову Облаку — карликовой галактике, расположенной недалеко от Млечного Пути и имеющей химическое сходство с ранней Вселенной. Современные инструменты «Уэбба» сфокусировались на NGC 346 — молодом звездном скоплении в этой галактике с относительно небольшим количеством тяжелых элементов. Цель команды — понять, как планетообразующие диски могут сохраняться и поддерживать формирование планет в таких условиях.

Удивительное долголетие планетообразующих дисков

Наблюдения Уэбба подтвердили, что звезды в NGC 346 возрастом около 20-30 миллионов лет все еще окружены планетообразующими дисками — намного старше, чем 2-3 миллиона лет, характерных для подобных звезд в нашем Млечном Пути. Это открытие ставит под сомнение давние модели, которые предсказывали, что эти диски быстро распадутся из-за отсутствия более тяжелых элементов.

«Мы видим, что эти звезды продолжают собирать материал из своих дисков даже спустя десятки миллионов лет», — объясняет Гвидо де Марчи, ведущий научный сотрудник ЕКА. «Это дает планетам больше времени для роста, что противоречит общепринятым ожиданиям».

Этот вывод совпадает с более ранними данными «Хаббла», но приобретает новую ясность благодаря способности «Вебба» снимать спектры высокого разрешения. Спектры подтвердили, что звезды в NGC 346 активно аккрецируют материал, что подтверждает доказательства того, что их диски сохраняются гораздо дольше, чем ожидалось.

Почему эти диски сохраняются дольше?

По мнению исследователей, долговечность этих дисков, скорее всего, обусловлена двумя факторами:

1. Низкое содержание тяжелых элементов
   Радиационное давление, которое разгоняет диски, зависит от содержания более тяжелых элементов в газе. В таких средах, как NGC 346, где тяжелых элементов всего на 10 % больше, чем в Солнце, этот процесс занимает гораздо больше времени.
2. Большие начальные газовые облака
   Звезды, формирующиеся в таких средах, могут начинаться с больших газовых облаков, что приводит к образованию более массивных дисков. Этим большим дискам требуется значительно больше времени для рассеивания, что дает достаточно времени для коалесценции пыли и газа в планетарные ядра.

«Это открытие меняет наше представление о том, как формируются планеты в экстремальных условиях», — говорит соисследователь Елена Сабби из лаборатории NOIRLab NSF. «В условиях дефицита тяжелых элементов планеты не только формируются, но и успевают увеличиться в размерах, что приводит к потенциально иным планетарным архитектурам».

Эти выводы имеют далеко идущие последствия. Если диски в средах с малым количеством тяжелых элементов существуют дольше, это может объяснить образование массивных планет на заре Вселенной и дать представление о том, как планетарные системы развиваются в экстремальных условиях.

Данные «Уэбба» прокладывают путь для будущих исследований, позволяя понять, как формировались звезды и планеты, когда Вселенная была еще молодой. Они также открывают новые возможности для изучения экзопланетных систем в бедных металлами регионах, где могут обнаружиться совершенно иные планетарные структуры и динамика.

Эти открытия также поднимают важные вопросы о том, как ранние планетарные системы могут взаимодействовать с окружающей средой. Исследователи планируют изучить, как потоки излучения и веществ могут влиять на динамику планетообразующих дисков, а также на формирование экзопланет в условиях ограниченного количества тяжелых элементов. Это может привести к новым гипотезам о способах, с помощью которых звезды и планеты формировались в разных космических эпохах.

Кроме того, команда ученых рассматривает влияние магнитных полей на долговечность дисков. Предварительные исследования показывают, что магнитные поля могут замедлять процессы, способствующие рассеиванию дисков, окружая звезды, находящиеся в условиях низкой металличности, дополнительной защитой. Это открытие предоставит новые данные о механизмах, управляющих формированием планет в таких сложных средах.

В конечном итоге, результаты наблюдений «Джеймса Уэбба» требуют пересмотра существующих теорий о планетарной эволюции. Они открывают новые горизонты для астрономических исследований, подтверждая, что давление, время и среда имеют решающее значение в формировании планет, и создают новые возможности для поиска планет в менее изученных регионах нашей галактики.