Новое открытие ученых раскрывает процесс формирования планет

Ученые, используя космический телескоп Джеймса Уэбба, сделали прорывное открытие в раскрытии процесса формирования планет. Наблюдая за водяным паром в протопланетарных дисках, Уэбб подтвердил физический процесс, включающий перемещение покрытых льдом твердых веществ из внешних областей диска в зону образования скалистых планет.

Теории давно предполагали, что ледяные гравированные камни, образующиеся в холодных внешних областях протопланетарных дисков - той же области, где образуются кометы в нашей солнечной системе, должны быть основными зернами формирования планет. Основным требованием этих теорий является то, что камни должны перемещаться внутрь к звезде из-за трения в газовом диске, доставляя как твердые вещества, так и воду планетам.

Основным предсказанием этой теории является то, что при входе ледяных камней в более теплую область внутри "линии снега" - где лед превращается в пар, они должны выделять большое количество холодного водяного пара. Именно это наблюдал Уэбб.

"Наконец, Уэбб раскрыл связь между водяным паром во внутреннем диске и перемещением ледяных камней из внешнего диска", - сказала главный исследователь Андреа Банзатти из Техасского государственного университета в Сан-Маркосе, Техас. - "Это открытие открывает захватывающие перспективы для изучения формирования скалистых планет с помощью Уэбба!"

"Раньше у нас была очень статичная картина формирования планет, почти как будто бы существуют изолированные зоны, из которых формируются планеты", - объяснила участница команды Колетт Салик из колледжа Вассар в Пукипси, штат Нью-Йорк. - "Теперь у нас есть доказательства того, что эти зоны могут взаимодействовать друг с другом. Также это то, что, как предполагается, произошло в нашей солнечной системе".

Исследователи использовали прибор МИРИ (Mid-Infrared Instrument) Уэбба для изучения четырех дисков - двух компактных и двух расширенных - вокруг звезд, похожих на Солнце. Оценивается, что все четыре эти звезды находятся между 2 и 3 миллионами лет, только что родившись в космическом времени.

Ожидается, что два компактных диска будут испытывать эффективное перемещение гравированных камней, доставляя их глубоко внутрь на расстояние, эквивалентное орбите Нептуна. В отличие от этого, ожидается, что расширенные диски будут иметь их камни сохранены в нескольких кольцах так далеко, как в шесть раз орбиты Нептуна.

Наблюдения Уэбба были предназначены для определения того, имеют ли компактные диски более высокое содержание воды в их внутренней скалистой зоне планет, что ожидается, если перемещение гравированных камней более эффективно и доставляет большое количество твердой массы и воды на внутренние планеты. Команда решила использовать МРС (Medium-Resolution Spectrometer) МИРИ, поскольку он чувствителен к водяному пару в дисках.

Результаты подтвердили ожидания, показав избыток холодной воды в компактных дисках по сравнению с крупными дисками.

По мере того, как гравированные камни перемещаются, каждый раз, когда они сталкиваются с увеличением давления, они склонны собираться там. Эти ловушки давления не обязательно прекращают перемещение гравированных камней, но они затрудняют его. Именно это, по-видимому, происходит в больших дисках с кольцами и промежутками.

Согласно текущим исследованиям, большие планеты могут вызывать кольца повышенного давления, где гравированные камни склонны собираться. Это также могло быть ролью Юпитера в нашей солнечной системе, препятствующего доставке гравированных камней и воды наших маленьких, внутренних и относительно бедных водой скалистых планет.

Когда данные впервые поступили, результаты были загадочными для исследовательской группы. "Два месяца мы застряли на этих предварительных результатах, которые говорили нам, что в компактных дисках была более холодная вода, а в больших дисках в целом была более горячая вода", - вспоминает Банзатти. - "Это не имело смысла, потому что мы выбрали образец звезд с очень похожими температурами".

Только когда Банзатти накладывал данные из компактных дисков на данные из больших дисков, ответ ясно обозначился: компактные диски имеют дополнительную холодную воду прямо внутри линии снега, примерно в десять раз ближе, чем орбита Нептуна.

"Теперь мы, наконец, видим однозначно, что именно холодная вода имеет избыток", - сказал Банзатти. - "Это беспрецедентно и полностью благодаря высокой разрешающей способности Уэбба."