Несмотря на то, что мы находимся на пригодной для жизни планете, мы до сих пор не знаем, как такие планеты формируются. В наше время космические телескопы позволяют нам наблюдать за близлежащими звездами разного возраста, чтобы понять, как эволюционируют планетарные системы, и подтвердить несколько убедительных гипотез. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба может стать первым аппаратом с достаточным разрешением для подтверждения самых распространенных гипотез. Ученые, использующие телескоп "Уэбба", подтвердили, что ледяные частицы в космосе мигрируют к молодым звездам и являются ключевым компонентом современных моделей формирования планет.
Известно, что звезды формируются из молекулярных облаков, состоящих в основном из водорода, но в них также содержится множество более тяжелых элементов. По мере того, как звезды набирают массу, они образуют протопланетный диск из пыли и газа, который в конечном итоге может стать планетой. В настоящее время в области на самом краю нашей Солнечной системы, известной как облако Оорта, сосредоточено огромное количество комет. Ученые полагают, что на ранних стадиях формирования планет из этого региона внутрь планет устремлялись ледяные частицы. Они образовывали зачатки планет, наделяя эти будущие миры более тяжелыми элементами и водой.
Ключевым моментом в этом процессе является идея о том, что трение в протопланетном диске приводит к тому, что миграция частиц происходит непрерывно, пока система не успокоится. Частицы в конечном итоге достигают «снежной линии» - точки, в которой лед тает в жидкую воду. Астрономы предположили, что достаточно мощный телескоп должен быть в состоянии различить кольцо холодного водяного пара, что является верным признаком того, что их гипотеза о формировании планет верна. И это именно то, что сделал "Уэбб".
«Уэбб все таки выявил связь между водяным паром во внутреннем диске и дрейфом ледяных частиц из внешнего диска», — сообщил руководитель исследования Андреа Банзатти из Техасского университета. Чтобы прийти к такому выводу, команда изучила четыре протопланетных диска; два компактных и два расширенных дискового типа большего размера. С помощью прибора MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона), установленного на "Уэббе", команда попыталась выяснить, куда попадают ледяные частицы в компактных и расширенных системах.
Ледяные частицы обнаруженные "Уэббом".
Ученые считают, если теория верна, то в компактных дисках можно было бы ожидать более высокого содержания водяного пара вблизи звезды. И действительно, именно это и обнаружил "Уэбб". Это подтверждает представление о том, что формирование крупных планет в расширенных дисках вызывает области повышенного давления (кольца), которые замедляют миграцию частиц и не позволяют им достичь внутренней системы. Этот процесс немного нелогичен, и команде потребовались месяцы, чтобы проработать детали. Если в компактных системах больше всего воды вблизи звезды, то в вытянутых дисках вода находится намного дальше. Оказывается, компактные системы кажутся холоднее, потому что в них содержится много холодного водяного пара прямо внутри "снеговой линии". «Теперь мы наконец-то однозначно видим, что избыток воды наблюдается именно в более холодных системах», — сказал Банзатти.
Для "Уэбба" это только начало кропотливой работы. Этот телескоп, на разработку которого ушло около 20 лет, был запущен в конце 2021 года, а сканирование космоса он начал в середине 2022 года. Его чувствительная инфракрасная оптика позволяет обнаруживать малозаметные объекты, находящиеся на расстоянии световых лет, например, наличие водяного пара и его температуру в протопланетных дисках. По оценкам НАСА, у "Уэбба" достаточно топлива, чтобы продолжать работу в течение 20 лет, что вдвое превышает первоначальный расчетный срок службы.