Астрономы получили более подробную картину турбулентных «блинов» газа и пыли, окружающих молодые звёзды, питающих их и способствующих их росту до рождения планет. Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), исследователи собрали новые подробности о потоках газа, которые дуют через эти протопланетные диски, «вырезая» их формы. В процессе этого мощный космический телескоп увидел доказательства давно предполагаемого механизма, который позволяет молодой звезде собирать материал из диска, необходимый для роста.

Команда под руководством астрономов из Университета Аризоны собрала наблюдения четырёх систем протопланетных дисков, все из которых видны с ребра при наблюдении с Земли. Представляя собой наиболее полный взгляд на силы, формирующие протопланетные диски, они предлагают снимок того, как выглядели наша солнечная система и молодое солнце около 4,6 миллиарда лет назад, до образования Земли и других планет.

Подсчитано, что в той части космоса, которую человечество способно увидеть, каждую секунду рождается около 3000 звёзд. На первых стадиях эти объекты называются «протозвёздами», и окружены коконом из газа и пыли, из которого они образовались. Со временем это облако сплющивается, вращаясь вокруг протозвезды, которая питается от него, чтобы собрать достаточно массы для запуска синтеза водорода в гелий в её ядре. 

Иллюстрация протопланетного диска, окружающего молодую звезду. Источник: National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)

Однако для того, чтобы протозвезда могла питаться и расти, газ, вращающийся вокруг неё, должен потерять угловой момент. Если бы это не происходило, то он бы просто продолжал вращаться вокруг протозвезды вечно, не попадающий на её поверхность.

Тем не менее, несмотря на то, насколько вездесущим должен быть этот процесс в космосе, учёные пытаются понять механизм потери инерции. Одно из предположений, которое недавно получило поддержку, заключается в том, что ветры, вызванные магнетизмом, бушующим в протопланетном диске, могут вытягивать газ с его поверхности, унося угловой момент.

Член группы Трейси Бек, научный сотрудник Научного института космического телескопа, отметила, что, поскольку в протопланетных дисках задействованы и другие механизмы, создающие ветры, для группы было важно различать эти процессы.

Например, магнитное поле протозвезды создаёт «X-ветер», который выталкивает материал на внутреннем крае протопланетного диска. В то же время интенсивное излучение от молодой звезды выбрасывает материал во внешние части диска, заставляя его разрушаться и создавать «термические ветры». Последние дуют с меньшей скоростью, чем X-ветра, которые могут перемещаться со скоростью в десятки миль в секунду. Помимо того, что они быстрее, X-ветры возникают дальше от центральной протозвезды, чем термические. Они также способны простираться дальше над диском, достигая расстояний, равных сотням расстояний между Землёй и Солнцем.

Чувствительность и высокое разрешение инфракрасного зрения JWST идеально подходят для различения ветров, создаваемых магнитным полем, термических ветров и Х-ветров, дующих вокруг протозвёзд. Космическому телескопу в исследовании помог выбор группой систем протозвёзд, которые видны с ребра при наблюдении с Земли. Такая ориентация означает, что пыль и газ в протопланетном диске действовали как естественный щит, блокируя звёздный свет от протозвёзд, предотвращая ослепление JWST и позволяя ему различать ветры.

Команда смогла использовать спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST для отслеживания отдельных структур в протопланетных дисках. Использование интегрального полевого блока (IFU) NIRSpec позволило построить сложную трёхмерную картину структуры центрального джета внутри конусообразной оболочки дисковых ветров. Эта оболочка была структурирована как состоящая из слоёв, начинающихся на всё больших радиусах в диске. Группа обнаружила в этих конусах выраженные центральные отверстия, образованные ветрами в каждом из четырёх протопланетных дисков.

Теперь исследователи намерены изучить другие протопланетные диски, чтобы выяснить, какую роль эти отверстия могут играть в питании молодых звёзд. Цель — получить более крупную выборку с помощью JWST, а затем обнаружить изменения в этих ветрах по мере того, как формируются звёзды и планеты.

Подробнее на iXBT