Телескоп «Уэбб» обнаружил протопланетные диски, противоречащие моделям формирования планет

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Вселенная полна сюрпризов, и телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) не перестает их открывать. Недавние наблюдения за Малым Магеллановым Облаком (ММО) — карликовой галактикой-соседкой Млечного Пути — бросили вызов устоявшимся представлениям о том, как формируются планеты. А знаете что? Оказывается, мы еще очень многого не понимаем.

Древние звезды, молодые планеты: парадокс «Хаббла»

До недавнего времени считалось, что первые звезды во Вселенной, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, не имели достаточного количества тяжелых элементов для формирования планет. Эти элементы, как известно, куются в недрах звезд и выбрасываются в космос после взрывов сверхновых. Постепенно, с каждым новым поколением звезд, содержание «металлов» во Вселенной увеличивалось. И вот тут-то «Хаббл» преподнес нам сюрприз. Наблюдая за древней звездой, возникшей всего через миллиард лет после Большого взрыва, он обнаружил вокруг нее массивную планету. Это открытие противоречило всем известным моделям: как могла сформироваться планета в столь «металлобедном» окружении?

Протопланетный диск, иллюстрация
Протопланетный диск, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
«Уэбб» наносит ответный удар: долгоживущие протопланетные диски

Команда ученых, изучая скопление звезд NGC 346 в ММО, с помощью телескопа «Уэбб» обнаружила нечто еще более удивительное. Оказалось, что протопланетные диски, окружающие молодые звезды в этой галактике (а в ММО, как известно, тяжелых элементов совсем немного) живут гораздо дольше, чем предполагалось ранее. По классическим моделям, подобные диски должны рассеиваться уже через 2-3 миллиона лет, но наблюдения «Уэбба» показали, что в ММО они могут сохраняться до 20-30 миллионов лет.

Спектры источников 9884 (верхняя панель) и 20408 (нижняя панель). Для каждой звезды мы показываем одномерный спектр (после вычитания фона) и связанные с ним 1σ неопределенности (которые получены в результате распространения стандартной ошибки через конвейер редукции). На нижней панели мы показываем 2D-корректированный след. На панелях справа показаны негативные изображения фильтров HST F658N (Hα) и NIRCam F444W, синим цветом отмечены три положения кивков апертуры щелевой решетки NIRSpec. На рисунке показаны три положения нодирования: «abc», «bcd» и «cde», а отпечатки пяти отдельных микрошлюзов обозначены от a до e. Обратите внимание, что отдельные яркие пиксели, такие как те, что появляются на 2D-корректированной трассе в верхней панели в области 1,8 мкм и 2,6 мкм, являются результатом флагов в конвейерной обработке для исключения ложных пикселей (например, горячих пикселей, попаданий космических лучей, насыщения, отсутствия коррекции линейности и т. д.). После отметки пиксели исключаются из анализа и не оказывают никакого влияния на извлеченные одномерные спектры, которые используются в данной работе.
Спектры источников 9884 (верхняя панель) и 20408 (нижняя панель). Для каждой звезды мы показываем одномерный спектр (после вычитания фона) и связанные с ним 1σ неопределенности (которые получены в результате распространения стандартной ошибки через конвейер редукции). На нижней панели мы показываем 2D-корректированный след. На панелях справа показаны негативные изображения фильтров HST F658N (Hα) и NIRCam F444W, синим цветом отмечены три положения кивков апертуры щелевой решетки NIRSpec. На рисунке показаны три положения нодирования: «abc», «bcd» и «cde», а отпечатки пяти отдельных микрошлюзов обозначены от a до e. Обратите внимание, что отдельные яркие пиксели, такие как те, что появляются на 2D-корректированной трассе в верхней панели в области 1,8 мкм и 2,6 мкм, являются результатом флагов в конвейерной обработке для исключения ложных пикселей (например, горячих пикселей, попаданий космических лучей, насыщения, отсутствия коррекции линейности и т. д.). После отметки пиксели исключаются из анализа и не оказывают никакого влияния на извлеченные одномерные спектры, которые используются в данной работе.
Автор: Guido De Marchi et al 2024 ApJ 977 214 Источник: iopscience.iop.org

В чем же дело? Позвольте объяснить. Похоже, что нехватка тяжелых элементов играет тут ключевую роль. Во-первых, радиационное давление звезды, которое обычно «сдувает» протопланетный диск, может быть менее эффективным в условиях низкого содержания «металлов». Во-вторых, звезды в таких условиях, вероятно, образуются из более крупных облаков газа, что приводит к формированию более массивных и долгоживущих дисков. Как говорится, чем больше «материала», тем дольше аккреция.

Переосмысливая планетообразование

Открытие долгоживущих дисков в ММО имеет далеко идущие последствия для нашего понимания формирования планет. Оказывается, не все так просто, как мы думали. В ранней Вселенной, при меньшем содержании тяжелых элементов, планеты могли формироваться по совершенно иным сценариям, чем в нашей «металлобогатой» галактике.

Слева: CMD звезд в NGC 346 (G. De Marchi et al. 2011a). Все величины скорректированы на экстинкцию. Объекты с избыточной эмиссией в Hα на уровне 4σ и выше показаны открытыми кружками. В общей сложности 694 из них (красные точки) также имеют избыточную эмиссию Hα с EW более 20 Å или более 50 Å для звезд горячее 10 000 K. Квадраты соответствуют объектам с избыточной эмиссией Hα и EW менее 50 Å, которые являются потенциальными Be-звездами. Толстая черная пунктирная линия соответствует 50-процентному пределу полноты фотометрии в V и I диапазонах (E. Sabbi et al. 2007). Большинство других звезд в поле (серые точки) не демонстрируют избыточного излучения Hα. Тонкие зеленые пунктирные линии соответствуют изохронам из работы J. Tang et al. (2014) для Z = 0,002 и возрастов 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 млн. лет справа налево. Стрелками показаны репрезентативные векторы покраснения для цветового избытка E(V - I) = 0,5 и двух значений отношения общей экстинкции к селективной: R = 3,1 (стандартный галактический закон экстинкции, верхняя стрелка) и R = 4,5, измеренное в массивном звездном скоплении 30 Dor с низкой металличностью (нижняя стрелка). Правая панель: H-R-диаграмма звезд с избытком Hα на уровне 4σ и выше. Толстыми сплошными линиями показаны эволюционные треки из группы Пизы (S. Degl'Innocenti et al. 2008; E. Tognelli et al. 2011) для металличности Z = 0,002 и масс от 0,5 до 4 M⊙, как указано. Соответствующие изохроны показаны тонкими пунктирными линиями для тех же возрастов, что и на левой панели. Обратите внимание, что постоянный шаг логарифмического возраста был выбран таким образом, чтобы типичное расстояние между изохронами было больше, чем неопределенности (обозначенные типичными полосами ошибок в левом нижнем углу диаграммы H-R).
Слева: CMD звезд в NGC 346 (G. De Marchi et al. 2011a). Все величины скорректированы на экстинкцию. Объекты с избыточной эмиссией в Hα на уровне 4σ и выше показаны открытыми кружками. В общей сложности 694 из них (красные точки) также имеют избыточную эмиссию Hα с EW более 20 Å или более 50 Å для звезд горячее 10 000 K. Квадраты соответствуют объектам с избыточной эмиссией Hα и EW менее 50 Å, которые являются потенциальными Be-звездами. Толстая черная пунктирная линия соответствует 50-процентному пределу полноты фотометрии в V и I диапазонах (E. Sabbi et al. 2007). Большинство других звезд в поле (серые точки) не демонстрируют избыточного излучения Hα. Тонкие зеленые пунктирные линии соответствуют изохронам из работы J. Tang et al. (2014) для Z = 0,002 и возрастов 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 млн. лет справа налево. Стрелками показаны репрезентативные векторы покраснения для цветового избытка E(V — I) = 0,5 и двух значений отношения общей экстинкции к селективной: R = 3,1 (стандартный галактический закон экстинкции, верхняя стрелка) и R = 4,5, измеренное в массивном звездном скоплении 30 Dor с низкой металличностью (нижняя стрелка). Правая панель: H-R-диаграмма звезд с избытком Hα на уровне 4σ и выше. Толстыми сплошными линиями показаны эволюционные треки из группы Пизы (S. Degl'Innocenti et al. 2008; E. Tognelli et al. 2011) для металличности Z = 0,002 и масс от 0,5 до 4 M⊙, как указано. Соответствующие изохроны показаны тонкими пунктирными линиями для тех же возрастов, что и на левой панели. Обратите внимание, что постоянный шаг логарифмического возраста был выбран таким образом, чтобы типичное расстояние между изохронами было больше, чем неопределенности (обозначенные типичными полосами ошибок в левом нижнем углу диаграммы H-R).
Автор: Guido De Marchi et al 2024 ApJ 977 214 Источник: iopscience.iop.org

Ученым предстоит пересмотреть устоявшиеся модели и, возможно, предложить новые механизмы, способные объяснить наблюдаемые аномалии. А вы знали, что «Уэбб» также обнаружил, что сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной оказались массивнее, чем ожидалось? Это еще раз подчеркивает, что мы только начинаем раскрывать тайны космоса.

Вперед, к новым открытиям!

Наблюдения «Уэбба» не только ставят под сомнение старые теории, но и открывают новые перспективы для исследований. Изучение звезд и планет в таких «экстремальных» условиях, как ММО, поможет нам лучше понять разнообразие планетарных систем и процессы их формирования. Честно говоря, это захватывающее путешествие в неизведанное, и мы только в начале пути. Похоже, Вселенная еще не раз удивит нас своими секретами.

1 комментарий

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Ни одного резинового пассика: почему в деке «Вега МП-120» механику кассеты заменили тремя моторами

Детонометр при проверке типового одномоторного лентопротяжного механизма с пассиковым приводом на частоте 3150 Гц выдает средневзвешенное значение детонации от +-0,22% до +-0,3%. В заводском...

«Гинденбург» был наполнен водородом, но пассажирам разрешали курить

Перед посадкой на «Гинденбург» пассажиры сдавали спички и личные зажигалки. На борту при этом существовала отдельная курительная комната — с мягкой мебелью, баром по соседству и окнами,...

Ищем лучший процессор для бюджетного смартфона в 2026 году: хитрости времён кризиса

При выборе бюджетного смартфона стоит обращать внимание на модель процессора. Какой смысл от хорошей камеры или долгого времени работы, если смартфон не способен «потянуть» даже базовые задачи? Тогда

Птенцы казарки прыгают со скал, ещё не умея летать. Почему родители гнездятся так высоко?

В первые дни жизни птенцу белощёкой казарки нужно сделать то, на что не решился бы человек: покинуть гнездо на скальной полке и спуститься к родителям. Иногда между гнездом и...

2 жителя на 100 км²: как в таких условиях работает транспорт Эвенкии

Эвенкия — место удивительное. Здесь суровая природа, богатая история и особая культура коренных народов. Она занимает территорию площадью около 767,6 тысяч квадратных километров (это...