Предыдущая публикация
Измеряя содержание газов вокруг молодых звёзд, астрономы получают сведения о формировании планет
Международная группа учёных под руководством астрономов из Висконсинского университета в Мадисоне провела наиболее точные измерения газов, вращающихся вокруг молодых звёзд, и того, как их масса меняется с течением времени. Это открытие объединяет множество фрагментов головоломки, которая может раскрыть, какие типы планет формируются — каменистые, как Земля, газовые гиганты, такие как Юпитер, или ледяные шары, как Нептун, — по мере созревания звёздных систем.1,3 мм (левые панели) и 12CO (2-1) нулевые изображения (правые панели) образца AGE-PRO. Источник: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.10719
--------------
Исследователи использовали массив из 66 массивных радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, расположенный на высоте 16 000 футов в чилийских Андах, для изучения газовых дисков, вращающихся под действием гравитации каждой из 30 молодых звёзд.
«Чтобы понять, какие типы планет и сколько планет может быть в системе, необходимо знать массу диска вокруг молодой звезды. Мы называем эти диски протопланетными дисками», — говорит Ке «Коко» Чжан, профессор астрономии в Университете Висконсин-Мэдисон и руководитель проекта ALMA по исследованию эволюции газа в протопланетных дисках.
Возраст звёзд, на которых сосредоточились исследователи, варьировался от менее чем 1 миллиона лет до более чем 5 миллионов лет. Это может показаться древним, но для звезды это всё ещё младенческий возраст.
«Нашей Солнечной системе около 4,5 миллиардов лет, — говорит Чжан. — Так что эти системы, которым всего несколько миллионов лет, на самом деле совсем ещё дети».
Молодые звёзды, скорее всего, зарождаются в протопланетных дисках, которые по массе примерно на 1% состоят из пыли и на 99% — из газа, в основном из водорода и гелия.
--------------
Исследователи использовали массив из 66 массивных радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, расположенный на высоте 16 000 футов в чилийских Андах, для изучения газовых дисков, вращающихся под действием гравитации каждой из 30 молодых звёзд.
«Чтобы понять, какие типы планет и сколько планет может быть в системе, необходимо знать массу диска вокруг молодой звезды. Мы называем эти диски протопланетными дисками», — говорит Ке «Коко» Чжан, профессор астрономии в Университете Висконсин-Мэдисон и руководитель проекта ALMA по исследованию эволюции газа в протопланетных дисках.
Возраст звёзд, на которых сосредоточились исследователи, варьировался от менее чем 1 миллиона лет до более чем 5 миллионов лет. Это может показаться древним, но для звезды это всё ещё младенческий возраст.
«Нашей Солнечной системе около 4,5 миллиардов лет, — говорит Чжан. — Так что эти системы, которым всего несколько миллионов лет, на самом деле совсем ещё дети».
Молодые звёзды, скорее всего, зарождаются в протопланетных дисках, которые по массе примерно на 1% состоят из пыли и на 99% — из газа, в основном из водорода и гелия.
Эта художественная концепция изображает протопланетный диск — пыль и газ, захваченные гравитацией молодой звезды. Новое исследование показало, что время жизни газа в диске определяет продолжительность формирования планет. Источник: NSF/AUI/NSF NRAO/С. Дагнелло
---------------
Леон Трапман, постдокторант из Университета Висконсин-Мэдисон, работавший в лаборатории Чжана во время проведения исследования, руководил анализом электромагнитного излучения, испускаемого дисками, и сравнивал характеристики различных газовых молекул, чтобы получить беспрецедентные данные об их массе. Предыдущие исследования основывались на фиксированном соотношении угарного газа — молекулы, которой не так много в дисках, но которую легко «увидеть» с помощью радиотелескопа, — и гораздо более распространённого водорода.
В новом исследовании использовался более точный метод. Отслеживая интенсивность сигнала от молекул иона N2H+, количество которых увеличивается по мере истощения запасов угарного газа, Трапман и его коллеги смогли объяснить, как меняется содержание газа в дисках в течение первых нескольких миллионов лет.
«Теперь мы видим, что масса газа очень быстро уменьшается в первые миллион лет существования протопланетных дисков, а затем масса газа уменьшается медленно, в то время как масса пыли, вероятно, неуклонно уменьшается с течением времени», — говорит Чжан. «Таким образом, если вы хотите сформировать газовые гиганты, такие как Юпитер, вам нужно работать над этим, пока вокруг ещё много газа, а это всего несколько миллионов лет».
Процесс формирования каменистых планет, таких как наша, может протекать в более медленном темпе в течение сотен миллионов лет благодаря постоянному присутствию пыли, из которой они состоят.
Новые результаты, которые вскоре будут опубликованы в специальном выпуске «Астрофизического журнала» вместе с рядом других результатов проекта, также позволяют предположить, что газы, теряемые дисками молодых звёзд, могут «выдуваться» чем-то вроде дискового ветра. Когда молекулы газа пересекают линии магнитного поля в космосе, они могут ускоряться и покидать свою орбиту, отделяясь от дисков. Работа в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.
Теперь Чжан и его коллеги займутся измерением химического состава самой внутренней области протопланетных дисков, где формируются каменистые планеты, такие как Земля. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) лучше, чем массив Атакама, отслеживает горячие материалы во внутренней области диска, и исследователи недавно получили данные JWST по 30 целевым дискам.
«С помощью этих данных мы можем изучить материалы, находящиеся ближе к центру диска, где, как мы считаем, формируются каменистые планеты, — говорит Чжан. — Если мы сможем изучить химический состав таких материалов, как вода и органические вещества, мы сможем понять, как они меняются в процессе эволюции дисков».
Предоставлено Университетом Висконсин-Мэдисон
---------------
Леон Трапман, постдокторант из Университета Висконсин-Мэдисон, работавший в лаборатории Чжана во время проведения исследования, руководил анализом электромагнитного излучения, испускаемого дисками, и сравнивал характеристики различных газовых молекул, чтобы получить беспрецедентные данные об их массе. Предыдущие исследования основывались на фиксированном соотношении угарного газа — молекулы, которой не так много в дисках, но которую легко «увидеть» с помощью радиотелескопа, — и гораздо более распространённого водорода.
В новом исследовании использовался более точный метод. Отслеживая интенсивность сигнала от молекул иона N2H+, количество которых увеличивается по мере истощения запасов угарного газа, Трапман и его коллеги смогли объяснить, как меняется содержание газа в дисках в течение первых нескольких миллионов лет.
«Теперь мы видим, что масса газа очень быстро уменьшается в первые миллион лет существования протопланетных дисков, а затем масса газа уменьшается медленно, в то время как масса пыли, вероятно, неуклонно уменьшается с течением времени», — говорит Чжан. «Таким образом, если вы хотите сформировать газовые гиганты, такие как Юпитер, вам нужно работать над этим, пока вокруг ещё много газа, а это всего несколько миллионов лет».
Процесс формирования каменистых планет, таких как наша, может протекать в более медленном темпе в течение сотен миллионов лет благодаря постоянному присутствию пыли, из которой они состоят.
Новые результаты, которые вскоре будут опубликованы в специальном выпуске «Астрофизического журнала» вместе с рядом других результатов проекта, также позволяют предположить, что газы, теряемые дисками молодых звёзд, могут «выдуваться» чем-то вроде дискового ветра. Когда молекулы газа пересекают линии магнитного поля в космосе, они могут ускоряться и покидать свою орбиту, отделяясь от дисков. Работа в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.
Теперь Чжан и его коллеги займутся измерением химического состава самой внутренней области протопланетных дисков, где формируются каменистые планеты, такие как Земля. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) лучше, чем массив Атакама, отслеживает горячие материалы во внутренней области диска, и исследователи недавно получили данные JWST по 30 целевым дискам.
«С помощью этих данных мы можем изучить материалы, находящиеся ближе к центру диска, где, как мы считаем, формируются каменистые планеты, — говорит Чжан. — Если мы сможем изучить химический состав таких материалов, как вода и органические вещества, мы сможем понять, как они меняются в процессе эволюции дисков».
Предоставлено Университетом Висконсин-Мэдисон
Следующая публикация
Нет комментариев