Космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые провёл прямые измерения химических и физических свойств потенциального диска формирования спутников, окружающего крупную экзопланету

Богатый углеродом диск, окружающий планету под названием CT Cha B, которая находится на расстоянии 625 световых лет от Земли, может быть местом формирования спутников, хотя в данных «Уэбба» спутники не обнаружены.

Наша Солнечная система состоит из восьми основных планет и более 400 известных спутников, вращающихся вокруг шести из этих планет. Откуда они все взялись? Существует несколько механизмов формирования. Крупные спутники, такие как четыре галилеевых спутника Юпитера, образовались из пылевого и газового диска, окружавшего планету в момент её формирования. Но это произошло более 4 миллиардов лет назад, и сегодня у нас мало доказательств.

«Уэбб» впервые позволил напрямую увидеть материал в диске вокруг крупной экзопланеты. Международная группа астрономов обнаружила богатый углеродом диск, окружающий планету под названием CT Cha b, которая находится на расстоянии 625 световых лет от Земли.

Молодой звезде, вокруг которой вращается планета, всего 2 миллиона лет, и она всё ещё поглощает околозвёздный материал. Однако околопланетный диск, обнаруженный «Уэббом», не является частью более крупного аккреционного диска вокруг центральной звезды. Эти два объекта находятся на расстоянии 74 миллиардов километров друг от друга.

Наблюдение за формированием планет и спутников имеет фундаментальное значение для понимания эволюции планетарных систем в нашей галактике. Спутников, вероятно, больше, чем планет, и некоторые из них могут быть средой обитания для жизни в том виде, в котором мы её знаем. Но сейчас мы только вступаем в эпоху, когда можем наблюдать за их формированием.

По словам исследователей, это открытие поможет лучше понять процесс формирования планет и спутников. Данные «Уэбба» бесценны для проведения сравнений с тем, как зарождалась наша Солнечная система более 4 миллиардов лет назад.

«Мы видим свидетельства существования диска вокруг спутника и впервые можем изучить его химический состав. Мы наблюдаем не только за формированием спутника, но и за формированием этой планеты», — сказала соавтор исследования Сьерра Грант из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, США.

«Мы наблюдаем за тем, какой материал накапливается для формирования планеты и её спутников», — добавил главный автор исследования Габриэле Куньо из Цюрихского университета в Швейцарии и член Национального центра компетенций в области исследования планет.

Рассекающий звездный свет

Инфракрасные наблюдения за CT Cha b проводились с помощью прибора MIRI (среднеинфракрасный прибор) телескопа «Джеймс Уэбб» с использованием его спектрографа среднего разрешения. При первоначальном изучении архивных данных «Джеймса Уэбба» были обнаружены признаки наличия молекул в околопланетном диске, что послужило поводом для более глубокого анализа данных. Поскольку слабый сигнал планеты теряется на фоне яркого света звезды, исследователям пришлось отделить свет звезды от света планеты с помощью высококонтрастных методов.

«Мы увидели молекулы в том месте, где находилась планета, и поняли, что там есть что-то, ради чего стоит копать и потратить год на то, чтобы разобраться в данных. Это действительно потребовало большой настойчивости»», — сказал Грант.

В итоге команда обнаружила в диске планеты семь углеродсодержащих молекул, в том числе ацетилен (C2H2) и бензол (C6H6). Такой богатый углеродом химический состав резко контрастирует с химическим составом диска вокруг звезды, у которой он сформировался, где исследователи обнаружили воду, но не обнаружили углерод. Разница между двумя дисками свидетельствует о быстрой химической эволюции, произошедшей всего за 2 миллиона лет.

Происхождение спутников

Согласно гипотезе, четыре крупнейших спутника Юпитера образовались из околопланетного диска обломков. Эти галилеевы спутники, должно быть, сформировались из такого сплюснутого диска миллиарды лет назад, о чём свидетельствуют их компланарные орбиты вокруг Юпитера. Два самых дальних галилеевых спутника, Ганимед и Каллисто, на 50 % состоят из водяного льда. Но предположительно у них есть каменистые ядра, возможно, из углерода или кремния.

«Мы хотим узнать больше о том, как в нашей Солнечной системе формировались спутники. Это значит, что нам нужно изучить другие системы, которые всё ещё находятся в процессе формирования. Мы пытаемся понять, как всё это работает», — сказал Куньо. «Как появляются эти спутники? Из чего они состоят? Какие физические процессы происходят и в какие сроки? Уэбб позволяет нам наблюдать за драматическим процессом формирования спутников и впервые исследовать эти вопросы с помощью наблюдений».

В следующем году команда будет использовать телескоп «Уэбб» для комплексного исследования подобных объектов, чтобы лучше понять разнообразие физических и химических свойств дисков вокруг молодых планет.

Источник: НАСА, ЕКА, Канадское космическое агентство, Лаборатория реактивного движения, Дж. Куньо (Цюрихский университет, NCCR PlanetS), С. Грант (Институт Карнеги), Дж. Олмстед (Лаборатория реактивного движения), Л. Хустак (Лаборатория реактивного движения)

На изображении:

Художественное изображение пылевого и газового диска, окружающего молодую экзопланету CT Cha b, расположенную в 625 световых годах от Земли. Спектроскопические данные, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, принадлежащего NASA, ESA и CSA, свидетельствуют о том, что диск содержит сырьевые материалы для формирования лун. Планета изображена в правом нижнем углу, а её родительская звезда и окружающий протопланетный диск видны на заднем плане.

Иллюстрация молодой планеты с окружающим её диском из пыли и газа, в котором потенциально могут формироваться спутники. Планета, которая кажется красной, изображена в правом нижнем углу, окружённая облачным диском. Звезда, вокруг которой вращается планета, изображена в левом верхнем углу и светится жёлтым, а вокруг неё находится красноватый диск из обломков. Чёрный фон космоса испещрён звёздами. Внизу иллюстрации графики молекул перечислены в следующем порядке: Ацетилен, Диоксид углерода, этан, бензол, цианистый водород