"Уэбб" обнаружил, что в ранней Вселенной планетообразующие диски жили дольше

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" решил головоломку, доказав противоречивый вывод, сделанный с помощью космического телескопа "Хаббл" более 20 лет назад.

Об этом рассказывают в Европейском космическом агентстве (ЕКА), передают OstanniPodii.com.

В 2003 году "Хаббл" предоставил доказательства существования массивной планеты вокруг очень старой звезды, почти такой же древней, как и Вселенная. Такие звезды имеют лишь небольшое количество тяжелых элементов, из которых состоят планеты. Это означало, что образование планет произошло, когда Вселенная была очень молодой, и эти планеты успели сформироваться и вырасти большими внутри своих первоначальных дисков, даже больше Юпитера. Но как? Это озадачивало ученых.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи воспользовались "Уэббом" для изучения звезд в соседней галактике, в которой, как и в ранней Вселенной, не хватает большого количества тяжелых элементов. Они обнаружили, что некоторые звезды там не только имеют планетообразующие диски, но и что эти диски дольше живут, чем те, что наблюдаются вокруг молодых звезд в нашей галактике Млечный Путь.

Работа была опубликована в The Astrophysical Journal 16 декабря 2024 года.

"Благодаря Уэббу мы получили очень сильное подтверждение того, что видели с помощью Хаббла, и мы должны переосмыслить, как мы моделируем формирование планет и раннюю эволюцию в молодой Вселенной", - сказал руководитель исследования Гвидо де Марчи из Европейского центра космических исследований и технологий ЕКА в Нордвейке (Нидерланды).

Другая среда в ранние времена

В ранней Вселенной звезды формировались в основном из водорода и гелия и очень малого количества тяжелых элементов, таких как углерод и железо, появившихся позже в результате взрывов сверхновых.

"Современные модели предполагают, что с таким малым количеством тяжелых элементов диски вокруг звезд имеют короткий срок жизни, настолько короткий, что планеты не могут вырасти большими", - сказала соисследовательница Елена Сабби, главный научный сотрудник обсерватории "Джемини" Национальной научно-исследовательской лаборатории оптически-инфракрасной астрономии (NOIRLab) Национального научного фонда США.

"Но [космический телескоп] Хаббл видел эти планеты, так что, если модели были неверными и диски могут жить дольше?"

Чтобы проверить эту идею, ученые натренировали "Уэбб" на Малом Магеллановом Облаке -- карликовой галактике, которая является одной из ближайших соседей Млечного Пути. В частности, они исследовали массивное звездообразующее скопление NGC 346, которое также бедно тяжелыми элементами. Поэтому это скопление имеет схожие условия звездной среды ранней, далекой Вселенной.

Наблюдения "Хаббла" за NGC 346 с середины 2000-х годов обнаружили много звезд возрастом от 20 до 30 миллионов лет, которые, похоже, все еще имели вокруг себя планетообразующие диски. Это противоречило общепринятому мнению, что такие диски рассеиваются через 2-3 миллиона лет.

"Выводы "Хаббла" были противоречивыми, они шли вразрез не только с эмпирическими данными о нашей галактике, но и с современными моделями", - сказал Гвидо. "Это было интригующе, но не имея возможности получить спектры этих звезд, мы не могли точно установить, наблюдаем ли мы рост звезд и наличие дисков или просто какой-то ложный эффект".

Теперь, благодаря чувствительности и разрешению "Уэбба", ученые получили первые в истории спектры подобных Солнцу звезд в стадии формирования и их ближайшего окружения в соседней галактике.

"Мы видим, что эти звезды действительно окружены дисками и все еще находятся в процессе поглощения материала, даже в относительно старом возрасте 20 или 30 миллионов лет", - говорит Гвидо. "Это также означает, что планеты имеют больше времени для формирования и роста вокруг этих звезд, чем в соседних звездообразующих регионах нашей галактики".

Новый способ мышления

Это открытие опровергает предыдущие теоретические прогнозы о том, что звезда очень быстро сдует диск, когда в газе очень мало тяжелых элементов. В таком случае жизнь диска была бы очень короткой, даже меньше миллиона лет. Но если диск не остается вокруг звезды достаточно долго, чтобы пылинки слипались, образуя камешки, которые становятся ядром планеты, то как могут образовываться планеты?

Исследователи объяснили, что может существовать два разных механизма или даже комбинация механизмов, которые позволяют планетообразующим дискам существовать в средах, бедных на тяжелые элементы.

Во-первых, для того, чтобы сдуть диск, свет звезды давит на газ в диске. Этот процесс является более эффективным, когда газ содержит элементы тяжелее водорода и гелия. Массивное звездное скопление NGC 346 содержит лишь около десяти процентов более тяжелых элементов, которые присутствуют в химическом составе нашего Солнца. Поэтому, возможно, звездам этого скопления просто нужно больше времени, чтобы рассеять свой диск.

Вторая возможность заключается в том, что звезда, подобная Солнцу, должна была сформироваться из большего облака газа, когда в нем было мало тяжелых элементов. Большее облако газа образует больший диск. Когда в диске больше массы, на его сдувание уйдет больше времени.

"Чем больше вещества вокруг звезд, тем дольше длится аккреция", - говорит Елена. "Диски могут исчезать в десять раз дольше. Это влияет на то, как формируется планета, и на тип планетных систем, которые могут возникнуть в этих разных средах. Это так увлекательно".