Рассеивание протопланетного диска играет большую роль в эволюции системы. От того, когда и как исчезает диск, зависит формирование и миграция планет. В системах вроде Солнечной вблизи звезды преобладают каменистые планеты, а газовые гиганты оказываются вдалеке. Куда девается газ из внутренней области системы? Новое исследование доказало, что разобраться в этом поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб».

Еще недавно ученые считали, что внутренняя часть диска исчезает сама по себе. Из-за трения пыль и газ замедляются и «падают» в звезду. Играет роль и фотоиспаряющий ветер — высокоэнергетические фотоны, разлетающиеся от звезды и «сдувающие» диск. Проблема в том, что этот ветер начинает действовать на довольно большом расстоянии, где ослабевает притяжение светила.

За последние несколько лет с помощью компьютерного моделирования на уровне микрофизики исследователи выяснили, что «падение» в звезду — результат скорее не трения, а воздействия магнитогидродинамического ветра. Ускоренные магнитным полем звезды потоки газа замедляют вращение протопланетного диска, и его вещество начинает «падать» в центр системы. Ученые предположили, что различить влияние фотонов и магнитого поля можно по смещению спектральных линий аргона и неона, ионизированных излучением. И вот им это удалось.

В качестве объекта для наблюдений астрономы выбрали T Cha, яркую молодую звезду спектрального класса G (желтый карлик типа нашего Солнца), расположенную в 336 световых годах от нас. Ей от двух до десяти миллионов лет. Главное — прошлые наблюдения выявили сильное излучение неона [Ne II], как раз одну из линий, за которыми «охотились» авторы.

Другая особенность системы T Cha — строение протопланетного диска. Газ в нем распределен сплошным слоем, а вот в пыли — огромный разрыв как раз во внутренней области системы. На расстоянии от одной до 20 астрономических единиц от звезды пыли нет.

По одним лишь спектральным линиям ученые не могли определить: можно считать неон показателем только «магнитного» ветра во внутренней области системы или он «подсвечивает» и высокоэнергетические фотоны. Поэтому нужны были система вроде T Cha с большим разрывом и мощный телескоп, способный уловить перепады излучения между внутренней областью протопланетного диска и внешней.

Иллюстрация строения протопланетного диска у звезды TCha. Ветер создают фотоны. По предположению авторов исследования, сильное ультрафиолетовое излучение ионизирует аргон, а рентгеновское — неон / © Bajaj et al. The Astronomical Journal (2024)

«Впервые мы использовали неон для изучения протопланетных дисков больше десяти лет назад, тестировали наши компьютерные вычисления на данных телескопа „Спитцер“ и новых наблюдениях, полученных с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Мы многое узнали, но те наблюдения не позволили нам измерить, сколько массы теряют диски в этом процессе. Новые данные „Джеймса Уэбба“ удивительны, я и не думал, что будет возможно различить в данных ветер. „Джеймс Уэбб“ позволит нам как никогда раньше разобраться в эволюции молодых систем, как только мы получим еще больше наблюдений вроде этих», — объяснил один из авторов нового исследования Ричард Александр, профессор Школы физики и астрономии Лестерского университета (Великобритания).

Впервые ученым удалось различить колебания неона [Ne II] и засечь в протопланетном диске аргон [Ar III]. По словам авторов работы, опубликованной в журнале The Astronomical Journal, линии газов указывают на поздний этап формирования системы, и их можно объяснить как «магнитным» ветром, так и «фотонным».

Более того, по подсчетам, которые будут опубликованы в сопровождающих статьях, из-за влияния ветров за год диск T Сha теряет массу, сопоставимую с Луной. Сопоставив новые наблюдения с данными «Спитцера», авторы исследования выдвинули предположение, что современное поколение ученых сможет увидеть, как исчезнет вся пыль из внутреннего диска, так быстро он «рассасывается». Главное, что это исследование в очередной раз доказало возможности «Джеймса Уэбба»: с его помощью астрономы смогут гораздо глубже погрузиться в изучение эволюции протопланетных дисков.