Астрономы с помощью космического телескопа NASA James Webb уточнили, как газ покидает диски вокруг молодых звёзд и почему способы его удаления меняются по мере развития планетных систем. Исследование охватило 72 звезды, похожие на Солнце, и их протопланетные диски. Работа опубликована в журнале The Astronomical Journal, сообщается на сайте ScienceDaily.
Планеты формируются в окружении газа и пыли, однако запас этого вещества ограничен. Особенно важен газ для будущих гигантов вроде Юпитера и Сатурна: если он исчезает слишком быстро, планеты могут не успеть накопить массивные атмосферы. Поэтому рассеивание диска фактически задаёт срок, в течение которого возможно образование газовых гигантов.
Учёные во главе с Наманом Баджаем из Аризонского университета использовали архивные данные прибора MIRI — инфракрасного инструмента телескопа James Webb. Наблюдения охватывали системы на разных этапах развития и позволили сопоставить изменения, происходящие с газом по мере старения дисков. Исследователи изучали молекулярный водород и ионизированный неон, которые служат признаками потоков вещества.
В самых молодых системах, где газ ещё активно падает на центральную звезду, обнаружили мощные струи и широкие ветры с молекулярным и атомарным газом. Такие потоки связывают с магнитными полями, пронизывающими диск: вещество движется вдоль их линий и уносит наружу газ вместе с угловым моментом. Молекулярные ветры удалось обнаружить в 46 системах, а быстрые струи неона — в 40.
По мере ослабления притока вещества к звезде струи становятся слабее, а в выбросах возрастает доля атомарного газа. Высокоэнергетическое излучение молодой звезды начинает проникать через истончающийся диск и нагревать его вещество, заставляя газ уходить в пространство; этот процесс называют фотоиспарением. По словам соавтора работы Умы Горти, наблюдения James Webb показали, что с возрастом диска фотоиспарение становится важнее, тогда как магнитные струи и ветры постепенно ослабевают.
Расширенное излучение молекулярного водорода и ионизированного неона зафиксировали в 66 из 72 дисков. Во всех системах с неоновыми струями также присутствовали признаки ветров, выявленных по молекулярному водороду или кислороду. «Формирование планет поэтому превращается в гонку со временем, — сказала Баджай. — Газовые гиганты вроде Юпитера должны собрать свои массивные атмосферы, пока диск ещё достаточно плотный, чтобы снабжать их веществом, прежде чем ветры и струи унесут это сырьё в космос».