Каждую секунду в видимой Вселенной рождается более 3 000 звёзд. Многие из них окружены протопланетным диском — «блином» из горячего газа и пыли, из которого формируются планеты. Но процессы, приводящие к появлению звёзд и планетарных систем, до сих пор плохо изучены.

Астрономы под руководством исследователей из Университета Аризоны использовали телескоп «Джеймс Уэбб», чтобы изучить протопланетные диски. Это позволило понять, какой была наша Солнечная система 4,6 миллиарда лет назад.

Учёные смогли подробно исследовать так называемые дисковые ветры — потоки газа, которые вырываются из планетообразующего диска в космос. Эти ветры движутся со скоростью десятков километров в секунду благодаря магнитным полям.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Astronomy, помогают астрономам лучше понять формирование и развитие молодых планетных систем.

Илария Паскуччи, профессор Лунной и планетарной лаборатории Университета Южной Африки, говорит, что одним из важнейших процессов в протопланетном диске является аккреция — поглощение звездой вещества из окружающего диска.

То, как звезда накапливает массу, сильно влияет на эволюцию диска и формирование планет. Учёные считают, что важную роль в этом процессе играют ветры, которые движутся магнитными полями на поверхности диска.

Молодые звёзды растут, втягивая в себя газ из вращающегося диска. Чтобы это произошло, газу нужно сбросить часть своей инерции, иначе он будет вращаться вокруг звезды и не упадёт на неё. Этот процесс астрофизики называют «потерей углового момента», но как именно он происходит, пока непонятно.

Чтобы лучше понять, как работает угловой момент в протопланетном диске, можно представить фигуристку на льду: если она подтянет руки к телу, то будет вращаться быстрее, а если вытянет — замедлит вращение. Масса фигуристки при этом не меняется, поэтому угловой момент остаётся прежним.

Чтобы произошла аккреция, газ в диске должен потерять угловой момент. Астрофизики не могут прийти к единому мнению, как именно это происходит.

В последние годы появились дисковые ветры, которые отводят часть газа от поверхности диска и тем самым позволяют остаткам газа двигаться внутрь и в конечном итоге падать на звезду.

Трейси Бек из Научного института космического телескопа НАСА считает важным уметь различать разные явления, поскольку существуют и другие процессы, формирующие протопланетные диски.

Материал на внутреннем краю диска выталкивается магнитным полем звезды в так называемом X-ветре. Внешние части диска размываются интенсивным звёздным светом, что приводит к тепловым ветрам, дующим с гораздо меньшей скоростью.

С помощью JWST ученые смогли различить три типа ветра:

• движимый магнитным полем,
• тепловой,
• X-ветер.

X-ветры направлены из конкретной точки, а исследуемые ветры дуют из широкой области между Землёй и Марсом. Они также простираются дальше тепловых ветров — на расстояния в сотни раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

Возможно, мы получили первые изображения ветров, которые могут помочь решить проблему формирования звёзд и планетарных систем.

Для исследования учёные выбрали четыре системы протопланетных дисков, которые при наблюдении с Земли выглядят краевыми.

Ориентация дисков позволила пыли и газу в них действовать как маска, блокируя часть света яркой центральной звезды. Об этом рассказал Наман Баджадж, аспирант Лунной и планетарной лаборатории, который участвовал в исследовании.

Команда смогла проследить различные слои ветров, настроив детекторы JWST на отдельные молекулы в определённых переходных состояниях. Наблюдения показали сложную трёхмерную структуру центральной струи, которая вложена в конусообразную оболочку ветров. Оболочка возникает на всё большем расстоянии от диска, подобно слоистой структуре лука.

Исследователи отметили новое открытие: в каждом из четырёх дисков они обнаружили ярко выраженную центральную дыру внутри конусов, образованную молекулярными ветрами.

Команда Паскуччи хочет изучить другие протопланетные диски, чтобы понять, насколько часто встречаются структуры дискового ветра во Вселенной и как они меняются со временем.

Мы предполагаем, что они могут быть распространены, но с четырьмя объектами трудно сделать однозначный вывод, — говорит Паскуччи.

С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» учёные планируют получить больше данных и выяснить, меняются ли эти ветры в процессе формирования звёзд и планет.

Иллюстрация: нейросеть