Формирование планетных систем вокруг молодых звезд — это не неторопливый эволюционный процесс, а настоящая гонка со временем. К такому выводу пришла международная группа астрономов, исследовавшая 72 молодые солнцеподобные звезды с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Результаты исследования опубликованы в Astronomical Journal.
Данные, полученные прибором MIRI (инструмент среднего инфракрасного диапазона), показали, что строительный материал для будущих миров постоянно и безвозвратно ускользает в космическое пространство.
Протопланетные диски — гигантские вращающиеся блины из газа и пыли вокруг новорожденных светил — служат единственным источником материи для планет. Однако этот резервуар крайне нестабилен. Время, отпущенное природой на сборку планетных систем, жестко ограничено. При этом для разных типов небесных тел «окно возможностей» закрывается с разной скоростью.
Почему Юпитер торопился, а Земля подождет
Особую важность это открытие имеет для понимания природы газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Обладая колоссальными водородно-гелиевыми атмосферами, они требуют огромного количества сырья для своего формирования.
По словам руководителя исследования Намана Баджаджа из Аризонского университета, такие планеты обязаны завершить свой рост до того, как звездные ветры и мощные джеты унесут весь газ в межзвездную среду.
Маленьким каменистым мирам вроде Земли или Марса требуется гораздо меньше вещества, поэтому дефицит газа для них не столь критичен.
Измеряя движение молекулярного водорода, ученые смогли детально реконструировать процесс потери массы газопылевыми дисками. Каждая из 72 изученных звезд находилась на определенном этапе своего раннего развития. Объединив эти снимки в единую хронологическую цепочку, астрономы проследили эволюцию планетных яслей.
Смена космических механизмов
Главным открытием стало то, что механизмы исчезновения протопланетного диска меняются по мере старения звезды.
На начальных этапах главную роль играют мощные ветры и струи (джеты), управляемые переплетенными магнитными полями системы. Они буквально выталкивают потоки газа наружу.
Однако со временем диск истончается и начинает пропускать свет материнской звезды. Магнитные процессы ослабевают, уступая место высокоэнергетическому излучению. Звездная радиация ионизирует (превращает нейтральные атомы и молекулы в заряженные частицы) оставшийся газ, заставляя его испаряться в вакуум.
Ионизированный газ сильно нагревается от звездного излучения. Его температура резко возрастает, а вместе с ней увеличивается и скорость движения частиц. В какой-то момент тепловая скорость ионов становится настолько высокой, что слабая гравитация молодой звезды больше не может их удержать. Газ преодолевает притяжение и безвозвратно улетает в открытый космос, как пар из кипящего чайника. Этот процесс называется фотоиспарением. Именно он ставит финальную точку в формировании планет, полностью очищая систему от остатков свободного газа.
Исследование доказало, что единого виновника исчезновения дисков нет — это комплексная командная работа сил природы.
В планах научной группы — рассчитать точные объемы теряемой материи и составить детальную карту зон, где доминирует каждый из механизмов. Это позволит понять как 4,6 миллиарда лет назад обрела свой нынешний облик наша Солнечная система.