«Джеймс Уэбб» застал далекую экзопланету в процессе рождения луны
В нашей Солнечной системе восемь основных планет, и более 400 известных лун обращаются вокруг шести из них. Откуда они все взялись? Существует несколько механизмов формирования. Считается, что крупные спутники, такие как четыре галилеевых спутника Юпитера, сконденсировались из газопылевого диска, окружавшего планету во время ее образования. Но это произошло более четырех миллиардов лет назад, и сегодня осталось очень мало «вещественных доказательств».
Протопланетный диск
Космический телескоп НАСА/ЕКА «Джеймс Уэбб» (JWST) впервые предоставил прямой обзор материала в диске вокруг крупной экзопланеты. Международная группа астрономов обнаружила богатый углеродом диск, окружающий планету CT Cha b в 625 световых годах от нас. Анализ составляющих его веществ опубликован в The Astrophysical Journal Letters.
Молодой звезде, вокруг которой обращается планета, всего два миллиона лет, она все еще собирает околозвездное вещество. Однако обнаруженный JWST околопланетный диск не относится к аккреционному диску вокруг центральной звезды — их разделяют 74 миллиарда километров.
Наблюдение за формированием планет и спутников важно для понимания эволюции планетных систем в нашей галактике. Спутников, вероятно, гораздо больше, чем планет, и некоторые из них могут быть местом обитания для жизни в привычной нам форме. Но только сейчас мы получили технические возможности наблюдать за их формированием.
По мнению исследователей, это открытие способствует лучшему пониманию процесса формирования планет и спутников. Данные «Джеймса Уэбба» бесценны для сравнения с рождением нашей Солнечной системы более четырех миллиардов лет назад.
«Мы можем видеть свидетельства существования диска вокруг компаньона [планеты] и впервые изучать его химический состав. Мы наблюдаем не только формирование лун — мы также наблюдаем формирование самой этой планеты», — сказала соавтор исследования Сиерра Грант из Института Карнеги в Вашингтоне.
«Мы видим, какой материал аккрецирует, строя планету и спутники», — добавил ведущий автор работы Габриэле Куньо из Цюрихского университета.
Анализ звездного света
Инфракрасные наблюдения CT Cha b были проведены с помощью инструмента MIRI (Mid-Infrared Instrument) на борту JWST с использованием его спектрографа среднего разрешения. Первоначальный просмотр архивных данных «Уэбба» выявил признаки молекул в околопланетном диске, что побудило глубже изучить данные. Поскольку слабый сигнал планеты тонет в свете звезды-хозяина, исследователям пришлось разделить лучи от звезды и планеты методами высокого контраста.
«Мы увидели молекулы в месте нахождения планеты и поняли, что там есть что-то, ради чего стоит копаться и потратить год, пытаясь извлечь это из данных. Это действительно потребовало большого упорства», — заметила Грант.
В конечном итоге команда обнаружила в диске планеты семь углеродосодержащих молекул, включая ацетилен C₂H₂ и бензол C₆H₆. Эта богатая углеродом химия резко контрастирует с химическим составом диска вокруг звезды-хозяина, где исследователи обнаружили воду, но не углерод. Разница между двумя дисками свидетельствует об их быстрой химической эволюции всего за два миллиона лет.
Рождение лун
Давно предполагалось, что околопланетный диск из обломков был исходным материалом для четырех крупнейших лун Юпитера. Эти галилеевы спутники должны были сконденсироваться из такого уплощенного диска миллиарды лет назад, что очевидно по их компланарным орбитам вокруг планеты. Две внешние галилеевы луны, Ганимед и Каллисто, на 50% состоят из водяного льда. Но предположительно, у них есть каменные ядра, возможно, состоящие из углерода или кремния.
«Мы хотим больше узнать о том, как в нашей Солнечной системе сформировались спутники. Это означает, что нам нужно смотреть на другие системы, которые все еще находятся в стадии строительства. Мы пытаемся понять, как все это работает. Как появляются эти луны? Каковы их ингредиенты? Какие физические процессы задействованы и каковы их временные масштабы? "Джеймс Уэбб" позволяет нам впервые наблюдать за рождением лун и изучать эти вопросы наблюдательным путем», — заключил Куньо.
