Уэбб показывает, что диски, формирующие планеты, могут существовать дольше, чем считалось ранее

На этой иллюстрации показана звезда с меньшей массой, окруженная своим планетообразующим диском из газа и пыли. Процесс формирования планеты может привести к появлению в диске зазоров, не показанных на этой иллюстрации. Потоки около центра показывают, как вещество из диска все еще падает на звезду. Автор: NASA/CXC/M. Weiss

Если бы существовала такая вещь, как фотоальбом вселенной, он мог бы включать в себя снимки блиноподобных дисков газа и пыли, кружащихся вокруг недавно сформированных звезд по всему Млечному Пути. Известные как планетообразующие диски, они, как полагают, являются недолговечными образованиями вокруг большинства, если не всех, молодых звезд, предоставляя сырье для формирования планет.

Большинство этих планетарных яслей недолговечны, обычно длятся всего около 10 миллионов лет — мимолетное существование по космическим меркам. Теперь, в удивительном открытии, исследователи из Университета Аризоны обнаружили, что диски могут украшать свои родительские звезды гораздо дольше, чем считалось ранее, при условии, что звезды небольшие — одна десятая массы Солнца или меньше.

В статье, опубликованной в журнале Astrophysical Letters Journal, исследовательская группа под руководством Фэна Лонга из Лунной и планетарной лаборатории Университета А в Колледже наук сообщает о подробном наблюдении за протопланетным диском в почтенном возрасте 30 миллионов лет. Представляя первый подробный химический анализ долгоживущего диска с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, статья дает новые сведения о формировании планет и обитаемости планет за пределами нашей солнечной системы.

«В каком-то смысле протопланетные диски дают нам детские фотографии планетных систем, в том числе представление о том, как могла выглядеть наша Солнечная система в младенчестве», — сказал Лонг, ведущий автор статьи и научный сотрудник фонда Сагана в Лаборатории лунных и планетарных исследований.

Лонг объяснил, что до тех пор, пока звезда имеет определенную массу, высокоэнергетическое излучение молодой звезды выдувает газ и пыль из диска, и они больше не могут служить сырьем для строительства планет.

Команда наблюдала звезду с официальным обозначением WISE J044634.16–262756.1B — более известную как J0446B — расположенную в созвездии Колумба (лат. «голубь») примерно в 267 световых годах от Земли. Исследователи обнаружили, что ее диск, формирующий планету, просуществовал примерно в три раза дольше, чем ожидалось.

«Хотя мы знаем, что большинство дисков рассеиваются в течение 10–20 миллионов лет, мы обнаруживаем, что для определенных типов звезд их диски могут существовать гораздо дольше», — сказал Лонг. «Поскольку материалы в диске обеспечивают сырье для планет, продолжительность жизни диска определяет, сколько времени есть у системы для формирования планет».

Несмотря на то, что крошечные звезды сохраняют свои диски дольше, химический состав их дисков существенно не меняется. Похожий химический состав независимо от возраста указывает на то, что химия не меняется радикально, даже когда диск достигает преклонного возраста. Такая долгоживущая, стабильная химическая среда могла бы предоставить планетам вокруг звезд малой массы больше времени для формирования.

Проанализировав газовый состав диска, исследователи исключили возможность того, что диск вокруг J0446B представляет собой так называемый диск из обломков — более долговечный тип диска, состоящий из материала второго поколения, образовавшегося в результате столкновений астероидоподобных тел.

«Мы обнаружили такие газы, как водород и неон, что говорит нам о том, что в диске вокруг J0446B все еще остался первичный газ», — сказал Чэнъянь Се, докторант LPL, который также принял участие в исследовании.

Подтвержденное существование долгоживущих дисков, богатых газами, имеет значение для жизни за пределами нашей солнечной системы, утверждают авторы. Особый интерес для исследователей представляет система TRAPPIST-1, расположенная в 40 световых годах от Земли, состоящая из красного карлика и семи планет, похожих по размеру на Землю. Три из этих планет расположены в «обитаемой зоне», где условия позволяют существовать жидкой воде и предлагают потенциал для формирования жизни, по крайней мере в принципе.

Поскольку звезды с долгоживущими планетарными дисками попадают в ту же категорию масс, что и центральная звезда в системе TRAPPIST-1, существование долгоживущих дисков особенно интересно для эволюции планетных систем, говорят Лонг и ее соавторы.

«Чтобы создать специфическое расположение орбит, которое мы видим у TRAPPIST-1, планеты должны мигрировать внутри диска, а этот процесс требует присутствия газа», — сказала Илария Паскуччи, профессор планетарных наук в LPL, которая является соавтором исследования. «Длительное присутствие газа, которое мы обнаруживаем в этих дисках, может быть причиной уникального расположения TRAPPIST-1».

Долгоживущие диски не были обнаружены для звезд большой массы, таких как Солнце, поскольку звезды в таких системах развиваются гораздо быстрее, а у планет меньше времени для формирования. Хотя наша Солнечная система пошла по другому эволюционному пути, долгоживущие диски могут многое рассказать исследователям о Вселенной, отмечают авторы, поскольку считается, что звезды малой массы значительно превосходят по численности звезды, подобные Солнцу.

«Более глубокое понимание того, как развиваются маломассивные звездные системы, и получение снимков долгоживущих дисков может помочь проложить путь к заполнению пробелов в фотоальбоме Вселенной», — сказал Лонг.

Больше информации: Feng 凤 Long 龙 et al, The First JWST View of a 30-Myr-old Protoplanetary Disk Reveals a Late-stage Carbon-rich Phase, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ad99d2

Источник: University of Arizona