Международная группа астрономов с помощью космического телескопа NASA имени «Джеймса Уэбба» изучила газовый и пылевой диск вокруг молодой звезды с очень низкой массой. Полученные результаты свидетельствуют о самом большом количестве углеродсодержащих молекул, обнаруженных на сегодняшний день в таком диске. Эти выводы влияют на возможный состав планет, которые могут сформироваться вокруг этой звезды.
Вероятность образования планет вокруг маломассивных звезд выше, чем газовых гигантов, поэтому они являются наиболее распространенными планетами вокруг самых распространенных звезд в нашей галактике. Мало что известно о химическом составе таких миров, которые могут быть похожи или сильно отличаться от Земли. Изучая диски, из которых формируются такие планеты, астрономы надеются лучше понять процесс планетообразования и состав образующихся планет.
Планетообразующие диски вокруг звезд очень низкой массы трудно изучать, поскольку они меньше и слабее, чем диски вокруг звезд высокой массы. Программа под названием MIRI (Mid-Infrared Instrument) Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) направлена на использование уникальных возможностей «Уэбба» для построения моста между химическим составом дисков и свойствами экзопланет.
Изображение A: Концепция протопланетного диска в исполнении художника.
«Уэбб» обладает лучшей чувствительностью и спектральным разрешением, чем предыдущие инфракрасные космические телескопы», — пояснил ведущий автор исследования Адитья Арабхави из Гронингенского университета в Нидерландах. «Эти наблюдения невозможны с Земли, поскольку излучение диска блокируется нашей атмосферой».
В новом исследовании эта команда изучила область вокруг звезды с очень низкой массой, известной как ISO-ChaI 147, — звезды возрастом 1–2 миллиона лет, которая весит всего в 0,11 раза больше Солнца. Спектр, полученный с помощью MIRI Уэбба, показывает самый богатый углеводородный химический состав протопланетного диска — всего 13 различных углеродсодержащих молекул. Среди находок команды — первое обнаружение этана (C2H6) за пределами нашей Солнечной системы, а также этилена (C2H4), пропина (C3H4) и метильного радикала CH3.
«Эти молекулы уже были обнаружены в нашей Солнечной системе, например, в кометах 67P/Чурюмова-Герасименко и C/2014 Q2 (Lovejoy)», — добавил Арабхави Вебб. «Это позволило нам понять, что эти углеводородные молекулы не только разнообразны, но и многочисленны. Удивительно, что теперь мы можем наблюдать танец этих молекул в планетарных колыбелях. Это совсем другая среда формирования планет, чем мы обычно думаем».
Изображение Б: Протопланетный диск ISO-ChaI 147 (эмиссионный спектр MIRI).
Команда указывает, что эти результаты имеют большое значение для химии внутреннего диска и планет, которые могут там сформироваться. Поскольку «Уэбб» обнаружил, что газ в диске настолько богат углеродом, в твердых материалах, из которых могли бы сформироваться планеты, углерода, скорее всего, осталось мало. В результате планеты, которые могут там образоваться, в конечном итоге окажутся бедными углеродом (сама Земля считается бедной углеродом).
«Это кардинально отличается от состава, который мы видим в дисках вокруг звезд солнечного типа, где преобладают кислородсодержащие молекулы, такие как вода и углекислый газ», — добавила член команды Инга Камп, также из Гронингенского университета. «Этот объект подтверждает, что это уникальный класс объектов».
«Невероятно, что мы можем обнаружить и количественно оценить количество молекул, хорошо знакомых нам на Земле, таких как бензол, в объекте, который находится на расстоянии более 600 световых лет», — добавила член группы Аньес Перрен из Национального центра научных исследований во Франции.
Далее научная группа намерена распространить свое исследование на более крупную выборку таких дисков вокруг звезд очень низкой массы, чтобы понять, насколько распространены или экзотичны такие богатые углеродом земные планетообразующие регионы. «Расширение нашего исследования также позволит нам лучше понять, как могут образовываться эти молекулы», — пояснил член группы и главный исследователь программы MINDS Томас Хеннинг из Астрономического института Макса Планка в Германии. Некоторые особенности в данных «Уэбба» все еще не идентифицированы, поэтому для полной интерпретации наших наблюдений требуется дополнительная спектроскопия.
Эта работа также подчеркивает крайнюю необходимость сотрудничества ученых между различными дисциплинами. Команда отмечает, что эти результаты и сопутствующие данные могут помочь другим областям, включая теоретическую физику, химию и астрохимию, интерпретировать спектры и исследовать новые особенности в этом диапазоне длин волн.
Космический телескоп имени «Джеймса Уэбба» — главная космическая обсерватория в мире. Уэбб разгадывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далекие миры вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. Уэбб — это международная программа, возглавляемая NASA и его партнерами, ESA (Европейское космическое агентство) и CSA (Канадское космическое агентство).
