Астрономы давно искали объяснение, почему кометы на окраинах нашей Солнечной системы содержат кристаллические силикаты. Для образования этих соединений нужен интенсивный нагрев, а эти ледяные глыбы большую часть времени проводят в сверххолодном Поясе Койпера и Облаке Оорта.
Заглянув за пределы нашей системы, «Джеймс Уэбб» получил первые убедительные доказательства, раскрывающие этот механизм. Телескоп впервые наглядно показал, что горячая внутренняя часть диска из газа и пыли, окружающего очень молодую, активно формирующуюся звезду, — именно то место, где образуются кристаллические силикаты. «Уэбб» также зафиксировал мощный поток, способный переносить эти кристаллы к внешним краям диска. По сравнению с нашей полностью сформировавшейся и в основном очищенной от пыли Солнечной системой, кристаллы формировались бы примерно между Солнцем и Землей.
Чувствительные наблюдения «Уэбба» в среднем инфракрасном диапазоне за протозвездой EC 53 также показывают, что мощные ветры из диска звезды, вероятно, выбрасывают эти кристаллы в удаленные области, где в конечном итоге возникнут кометы.
«Слоистые истечения вещества из EC 53 могут подхватывать эти новообразованные кристаллические силикаты и переносить их наружу, как по космической магистрали. JWST не только показал нам, какие именно типы силикатов содержатся в пыли вблизи звезды, но и где они находятся как до, так и во время вспышки», — говорит профессор Ли Чжон-Ын из Сеульского национального университета, ведущий автор новой статьи в журнале Nature.
Команда использовала прибор MIRI (Mid-Infrared Instrument) на JWST для получения двух наборов высокодетальных спектров, чтобы идентифицировать конкретные элементы и молекулы, а также определить их структуры. Затем с высокой точностью картировали расположение всех компонентов как в «спокойном» состоянии EC 53 (когда она понемногу подпитывается веществом из своего диска), так и в более активной фазе вспышки.
Эта звезда, которую изучают на протяжении десятилетий как данная команда, так и другие ученые, отличается высокой предсказуемостью. (Другие молодые звезды вспыхивают нерегулярно или их вспышки длятся сотни лет.) Примерно каждые 18 месяцев EC 53 вступает в 100-дневную фазу бурной вспышки, резко увеличивая темп аккреции и буквально пожирая окружающие газ и пыль, одновременно выбрасывая часть поглощенного вещества в виде мощных струй и потоков. Эти выбросы могут отправлять часть новообразованных кристаллов на окраины протопланетного диска звезды.
«Обнаружить в космосе конкретные силикаты, включая форстерит и энстатит вблизи EC 53, удивительно даже для ученого, — признается соавтор исследования Даг Джонстон из Национального исследовательского совета Канады. — Это у нас на Земле — обычные минералы на Земле. Основной компонент нашей планеты — силикаты».
Десятилетиями кристаллические силикаты находили не только на кометах в нашей Солнечной системе, но и в далеких протопланетных дисках вокруг других, более старых звезд — но не могли точно определить, как они туда попали. Благодаря новым данным «Уэбба» исследователи теперь лучше понимают, как это возможно.
Данные MIRI «Джеймса Уэбба» отчетливо показывают узкие высокоскоростные джеты горячего газа вблизи полюсов звезды, а также несколько более холодные и медленные потоки, исходящие из самой внутренней и горячей области диска, которая питает звезду. Ветры дуют и в противоположном направлении за звездой — но они слишком слабы, чтобы их можно было разглядеть.
EC 53 все еще «окутана» пылью и, возможно, будет оставаться в таком состоянии еще около 100 000 лет. В течение миллионов лет, пока диск молодой звезды густо населен мельчайшими пылинками и камешками, будет происходить бесчисленное количество столкновений, которые могут медленно формировать целый спектр более крупных камней, в конечном итоге приводя к образованию планет земного типа и газовых гигантов. Потом пыль в основном рассеется, и перед нашими потомками предстанет система, подобная Солнечной.
Уникальный снимок протопланетного диска с ребра сделал «Джеймс Уэбб»
«Джеймс Уэбб» открыл экзопланету с силикатными облаками
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram