Дисковые ветры раскрыли тайны формирования планет

Каждую секунду в наблюдаемой Вселенной рождается более 3000 звезд. Многие из них окружены протопланетными дисками — вращающимися газопылевыми облаками, из которых затем формируются планеты. Однако процессы, при которых образуются звезды и планетные системы, изучены недостаточно хорошо. 

Известно, что ключевую роль в них играет аккреция — накопление звездой материи из окружающего диска. Чтобы газ перестал вращаться вокруг звезды и упал на нее, он должен потерять часть углового момента, но точные механизмы этого процесса до сих пор остаются неясными.

В последние годы в качестве возможного объяснения исследователи рассматривают дисковые ветры. Считается, что ветры, приводимые в действие магнитными полями и имеющие скорость 16-80 километров в секунду, уносят с собой часть газа и углового момента с поверхности диска. 

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, вели наблюдения за четырьмя молодыми звездами, расположенными «ребром» к Земле. Три из четырех светил освободились от своих первоначальных газопылевых облаков, став идеальными кандидатами для изучения процессов внутри диска. 

Благодаря работе инфракрасного спектрографа NIRSpec (один из основных инструментов «Уэбба») и ранее полученным с помощью телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter Array) данным, астрономы узнали принципиально новую информацию о газовых потоках, выдуваемых из планетообразующего диска в космос.

Оказалось, что ветры обладают сложной трехмерной структурой: в каждом диске был обнаружен быстрый и узкий струйный поток, идентифицированный по излучению ионов железа (Fe II), погруженный в более медленный поток молекулярного водорода (H₂), который, в свою очередь, погружен в еще более медленный поток монооксида углерода (CO). Эти различные компоненты подтверждают теоретические модели «погруженной» морфологии дисковых ветров.

Таким образом, команда получила первые изображения ветров, способствующих потере углового момента (когда газ сбрасывает часть своей инерции, чтобы упасть на звезду). Полученные в рамках исследования результаты также помогают понять, как формируются звезды и планетные системы.

К другим процессам, влияющим на эволюцию протопланетных дисков, относятся так называемые X-ветры — потоки вещества, исходящие от протозвезды и возникающие из-за магнитных сил в аккреционных дисках близ формирующегося светила. Внешние части диска также облучаются интенсивным звездным светом, что приводит к возникновению тепловых ветров.

«Различить ветры, приводимые в движение магнитным полем, тепловые ветры и X-ветры удалось благодаря высокой чувствительности и разрешению космической обсерватории „Джеймс Уэбб“», — объяснили авторы нового исследования. 

Полученные результаты дарят ученым представление о том, как могла выглядеть Солнечная система 4,6 миллиарда лет назад. «Погруженная» морфология ветров поддерживает теоретические предсказания о том, что дисковые ветры играют ключевую роль в аккреции материи и формировании планет.

Команда планирует продолжить наблюдения, чтобы лучше понять процессы, происходящие в протопланетных дисках, и получить новые данные о происхождении звездных систем, таких как Солнечная система и потенциально обитаемые миры за ее пределами.