Данные, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Вебб» (JWST), позволили сделать выводы о процессе формирования планет в газово-пылевых дисках. Оказывается, что количество ионизированного неона в этих дисках может служить индикатором скорости формирования планет.
Ранее астрономы уже наблюдали диски из газа и пыли вокруг молодых звёзд, но процесс их формирования занимает очень долгое время – сотни тысяч, а то и миллионы лет. На краткосрочных временных интервалах наблюдать изменения в дисках практически невозможно. В новом исследовании «Джеймс Вебб» смог обнаружить изменения в одном из таких дисков, где происходит формирование планет.
В наблюдениях, проведённых командой под руководством Кэтрин Эспайят в 2008 году с использованием телескопа NASA Spitzer, была замечена инфракрасная спектральная линия, связанная с дважды ионизированным неоном ([Ne III]). Сигнал исходил из газово-пылевого диска вокруг молодой звезды SZ Chamaeleontis (SZ Cha).
Когда атом сталкивается с фотоном, он становится «ионизированным», а «дважды ионизированные» атомы теряют два электрона. В диске SZ Cha количество дважды ионизированного неона оказалось очень низким по сравнению с дисками, обычно подверженным рентгеновскому излучению от молодых звёзд. Проявление этого неона указывало на то, что доминирующим типом радиационного излучения в системе SZ Cha было излучение «экстремального ультрафиолета» (EUV), оно способно разрушить газ и пыль в протопланетном диске, но не так быстро, как рентгеновские лучи. Рентгеновская радиация разрушает протопланетный диск в 100 раз быстрее, чем ультрафиолетовое излучение.
Отсюда можно сделать вывод, что скорость «испарения» диска и, соответственно, время, в течение которого возможно формирование планет, зависит от энергии и типа излучения.
В 2023 году Эспайят и её команда провели новое длительное наблюдение за системой SZ Cha с помощью инструмента MIRI телескопа JWST. Учёные обнаружили, что количество дважды ионизированного неона значительно уменьшилось по сравнению с однократно ионизированным неоном. Дополнительные наблюдения с помощью наземных телескопов позволяют ещё подробнее изучить свойства протопланетных дисков. Например, спектрометр CHIRON, установленный на телескопе SMARTS в обсерватории Серро-Тололо, измерил «синее смещение» альфа-водорода от звезды SZ Cha. Синее смещение – это изменение доплеровского типа, свидетельствующее о том, что что-то движется к нашим детекторам, в данном случае – водород.
Учёные интерпретируют это явление как «звёздный ветер» частиц, исходящих от звезды. Считается, что этот ветер достаточно плотный для поглощения ультрафиолетового излучения, но все же пропускает рентгеновское излучение, что свидетельствует о доминировании последнего в эволюции этой звёздной системы.
Обнаружение дважды ионизированного неона в 2008 году, но его отсутствие в последующих наблюдениях, подтверждает предположение о преобладании рентгеновского излучения в системе SZ Cha.
Таким образом, количество дважды ионизированного неона может служить показателем ультрафиолетового и рентгеновского излучения, воздействующего на протопланетный диск. Астрономы могут использовать это значение для более точного определения времени, которое планетам требуется для формирования в такой системе до того, как их диск исчезнет.