Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) подтвердил спорное открытие, сделанное телескопом «Хаббл» более двадцати лет назад, проливая новый свет на формирование планет в ранней Вселенной.

В 2003 году «Хаббл» обнаружил массивную планету, вращающуюся вокруг очень старой звезды, почти такой же старой, как и сама Вселенная. Это открытие было загадочным, поскольку такие звёзды содержат небольшое количество тяжёлых элементов, необходимых для формирования планет. Открытие подразумевало, что планеты формировались, когда Вселенная была очень молодой, и эти планеты имели время вырасти больше, чем Юпитер, в своих первичных дисках. Однако механизм этого процесса оставался неясным.

Чтобы решить эту загадку, исследователи использовали JWST для изучения звёзд в Малом Магеллановом Облаке — близлежащей галактике с подобным недостатком тяжёлых элементов, как и в ранней Вселенной. Учёные обнаружили, что некоторые звёзды в этой галактике обладают планетарными дисками, и эти диски живут дольше, чем те, что наблюдаются вокруг молодых звёзд во Млечном Пути.

Изображение NGC 346 — массивного звёздного скопления в Малом Магеллановом Облаке, карликовой галактике, которая является одним из ближайших соседей Млечного Пути. С его относительно небольшим количеством элементов тяжелее водорода и гелия, скопление NGC 346 служит ближайшим прокси-объектом для изучения звёздных сред с похожими условиями в ранней далекой Вселенной. Десять жёлтых окружностей указывают положения десяти звёзд из исследования. Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA)

Гвидо Де Марчи, руководитель исследования из Европейского центра космических исследований и технологий, заявил: «С помощью Уэбба мы получили убедительное подтверждение того, что видели с Хабблом, и мы должны пересмотреть наши модели формирования планет и ранней эволюции в молодой Вселенной».

Текущие модели предполагают, что диски вокруг звёзд с небольшим количеством тяжёлых элементов имеют короткий срок жизни, что затрудняет рост планет. Однако наблюдения «Хаббла» за массивным, звездообразующим скоплением NGC 346 в Малом Магеллановом Облаке показали множество звёзд возрастом 20 и 30 миллионов лет с планетарными дисками, что противоречит традиционному мнению, что такие диски рассеиваются после 2-3 миллионов лет.

Елена Сабби, соавтор работы и главный учёный обсерватории Gemini в Национальной научной формации NOIRLab, добавила: «Но Хаббл действительно видел эти планеты, так что если модели были неверны, и диски могли жить дольше?»

График показывает свет от звезды и её окружения. Жёлтый цвет — свет от звезды, пурпурный — свет из окружения. Сравнение показывает, что звезда излучает больше холодного водорода, чем её окружение, что указывает на наличие протопланетного диска вокруг звезды. Источник: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Чувствительность и разрешение JWST позволили учёным получить первые в истории спектры формирующихся звёзд, подобных Солнцу,  и их непосредственного окружения в близлежащей галактике. Данные подтвердили, что эти звёзды действительно окружены дисками и продолжают аккрецировать материал даже в относительно зрелом возрасте 20-30 миллионов лет. Это открытие подразумевает, что планеты имеют больше времени для формирования и роста вокруг этих звёзд, чем в близлежащих звёздных скоплениях в нашей галактике.

Исследователи предлагают два возможных механизма, или их комбинацию, для сценария сохранения планетарных дисков в средах с недостатком тяжёлых элементов. Во-первых, меньшее количество тяжёлых элементов в газе вокруг диска может снизить эффективность радиационного давления от звезды, позволяя диску сохраняться дольше. Во-вторых, звёзды, подобные Солнцу, формирующиеся в таких средах, могут иметь вокруг себя более крупные газовые облака, создавая более крупные протопланетные диски с большей массой, которые будут рассеиваться дольше.

Сабби добавила: «С большим количеством материи вокруг звёзд, аккреция длится дольше. Диски живут в десять раз дольше. Это имеет последствия для формирования планет и типа архитектуры системы в этих разных средах. Это так захватывающе».

Подробнее на iXBT