Протопланетные диски, окружающие молодые звёзды, являются ключевыми объектами для изучения процессов формирования планет и их атмосфер. Одним из важнейших компонентов этих дисков являются покрытые льдом частицы пыли, которые служат резервуаром летучих веществ. Однако, до сих пор распределение обилия льда в протопланетных дисках было плохо изучено из-за трудностей с наблюдением.

Новые наблюдения, проведённые с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) и его прибора MIRI, позволили получить более детальную информацию о распределении льда в протопланетном диске HH 48 NE. В результате этих наблюдений были обнаружены такие летучие вещества, как CO2, NH3, H2O, а также, предположительно, CH4 и NH+4.

Источник: DALL-E

Модели переноса излучения указывают на то, что особенности поглощения льда производятся преимущественно в области диска на расстоянии 50-100 астрономических единиц (а.е.) от центральной звезды. Характеристика CO2 на 15 микронах исследует область ближе к средней плоскости диска (z/r = 0,1-0,15), чем соответствующая особенность на 4,3 микронах (z/r = 0,2-0,6). Однако, все наблюдения отслеживают области значительно выше резервуаров средней плоскости, где, как ожидается, будет находиться основная часть массы льда.

Льды должны достигать большой высоты шкалы (z/r ~ 0,6; что соответствует смоделированному поглощению пыли Av ~ 0,1), чтобы соответствовать наблюдаемому вертикальному распределению пиковых оптических толщин льда. Слабость характеристики CO2 на 15 микрон относительно характеристики 4,3 микрон и красное эмиссионное крыло характеристики CO2 на 4,3 микрон согласуются с тем, что льды расположены на большой высоте в диске.

Обзор системы HH 48 на длинах волн MIRI. Источник: Ardjan Sturm

Полученное содержание NH3 и верхний предел содержания CH3OH относительно H2O значительно ниже, чем в межзвёздной среде (ISM), но согласуются с наблюдениями за кометами. Это может указывать на то, что процессы формирования планет и их атмосфер в протопланетных дисках отличаются от процессов, происходящих в межзвёздной среде.

Для полного понимания распределения содержания льдов в протопланетных дисках необходим полный охват длин волн. Однако, уже сейчас можно предложить два возможных сценария, объясняющих наличие льдов на больших высотах диска. Первый сценарий предполагает наличие дискового ветра, который увлекает достаточное количество пыли, тем самым блокируя часть звёздного УФ-излучения. Второй сценарий предполагает вертикальное перемешивание, которое циклически перемещает достаточное количество льдов в верхние слои диска, чтобы уравновесить фотодесорбцию льда.

Эти результаты подчёркивают важность дальнейших исследований льда в протопланетных дисках для понимания процессов формирования планет и их атмосфер. JWST и его приборы предоставляют уникальную возможность для проведения таких исследований, позволяя получить более детальную информацию о распределении льда и других летучих веществ в протопланетных дисках.

Подробнее на iXBT