Невероятное открытие «Джеймс Уэбб» разрушило многолетние загадки о рождении планет

Научное сообщество было потрясено благодаря уникальному открытию, проведенному с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Этот мегасовременник не только подтвердил, но и разрешил загадочную головоломку, которая оставалась неразгаданной более двух десятилетий и связана с происхождением планет и их формирования во время ранней эпохи Вселенной. Такого уровня прорыва не удавалось добиться ни одним из предыдущих инструментов, включая легендарный «Хаббл». Доказательства появления массивных планет у очень древних звезд, обнаруженные в 2003 году, поставили под сомнение существующие теории. И теперь, благодаря возможностям «Уэбба» — самой передовой космической установке, — ученые получили новые ключи к пониманию этого феномена.

Загадка 20-летней давности и противоречия теорий

В далеком 2003 году команда астрономов во главе с ведущими специалистами в области космической науки обнаружила удивительный факт: у очень старой звезды, возраст которой составляет около 12-13 миллиардов лет, присутствовали признаки массивной планеты. Это было исключением из правил, потому что согласно современной модели формирования планет, тяжелые элементы — такие как железо, олово или кремний — формируются внутри звезд и попадают в планетарные диски только после долгих процессов ядерных реакций и слияний. В ранней Вселенной их было крайне мало, а значит, появление массивных планет в те эпохи казалось маловероятным. Это открытие вызвало бурю споров среди ученых и поставило под сомнение все существующие теории о времени и условиях формирования планет.

«Для того чтобы в ранней Вселенной образовались такие крупные планеты, требовались механизмы, противоречащие классическим моделям, — отмечали эксперты. Мы искали ответы, но не могли найти их ни в спектрах, ни в моделировании процессов», — говорил один из авторов исследования того времени.

Ключевой вопрос заключался в том, как могли формироваться тяжелые элементы и, следовательно, планеты, в эпоху, когда сама материя еще только начинала активное распространение по космосу. Возможно, существовали неизвестные ранее механизмы быстрого накопления материалов, или же процессы звездной эволюции и слияний происходили гораздо быстрее, чем считалось ранее. Но подтвердить это было невозможно без получения новых данных, особенно спектроскопического анализа.

Возможности «Джеймс Уэбб» — революционный прорыв

Вступление в эпоху «Джеймс Уэбб» открыло принципиально новые горизонты для астрономии. Благодаря высокой чувствительности и разрешающей способности, этот телескоп способен фиксировать спектры световых излучений с невиданной ранее точностью. В частности, ученые решили направить «Уэбб» на ключевое объект — массивное звездообразующее скопление NGC 346 в Малом Магеллановом Облаке, расположенном примерно в 200 тысячах световых лет от Земли. Этот регион выбран не случайно: он представляет собой аналог условий, существовавших в ранней Вселенной, и содержит множество молодых звезд, возраст которых варьируется от 1 до 30 миллионов лет.

Повторяясь, это место служит лабораторией для изучения процессов формирования звезд и планет в условиях недостатка тяжелых элементов. Ранее, исследования, проведенные с помощью «Хаббла», показывали, что в этом районе существуют звезды с протопланетными дисками, которые, согласно моделям, не могли существовать более 2-3 миллионов лет. Однако спектроскопические данные, полученные «Уэббом», опровергают эти теории, показывая, что диски присутствуют и у звезд старше, чем предполагалось.

Обнаружение и его последствия

Первоначально ученые наблюдали за спектрами звезд, что позволило определить содержание тяжелых элементов и оценить их возраст. В результате было установлено, что у звезд в NGC 346 присутствуют протопланетные диски, активно поглощающие и перерабатывающие материал, даже спустя 20-30 миллионов лет после их рождения. Это является революционным открытием, потому что ранее предполагалось, что такие диски должны были исчезнуть уже в течение первых нескольких миллионов лет жизни звезды.

«Это говорит о том, что процессы формирования планет идут более длительный и сложный путь, чем мы предполагали. Время, необходимое для созревания планет, увеличивается в условиях нехватки тяжелых элементов, что кардинально меняет наше восприятие процесса», — говорит Гвидо Де Марчи, астрофизик из Европейского центра космических исследований и технологий.

Объяснение и новые теории

Исследователи предложили два основных объяснения открытого феномена, которые изложены в статье в журнале The Astrophysical Journal:

• Масса протопланетного облака: Поскольку содержание тяжелых элементов в звездной среде NGC 346 составляет менее 10%, для формирования устойчивого диска необходимо значительно более массивное облако газа и пыли, чем в современных звездных системах. Чем больше облако, тем дольше оно сохраняет свою структуру и позволяет планетам формироваться длительное время.
• Медленный процесс сдувания диска: В условиях нехватки тяжелых элементов и высокой газовой плотности, процесс сдувания диска звездным излучением и ветром stellar winds протекает значительно медленнее. В результате, протопланетные диски могут существовать и активными для планетогенеза до 30 миллионов лет, что практически в 10 раз больше, чем считалось ранее.

Объединение этих факторов дает модель более реалистичной картины формирования планет в ранних условиях. Важно отметить, что новые спектроскопические данные также позволяют впервые увидеть ледяные диски, из которых, по последним теориям, и формируются новые планеты. Это открытие подтверждает, что планетарное строительство — относительно длительный процесс, что даёт дополнительные предпосылки для поиска обитаемых миров в различных уголках Вселенной.

Значение открытия для науки и будущие исследования

Эта находка полностью меняет взгляды на развитие планетарных систем. Во-первых, увеличивается вероятность обнаружения планет в более ранних этапах их возникновения, а во-вторых, расширяются горизонты для поиска потенциально обитаемых миров. Новые модели предполагают, что планеты могут формироваться и существовать при значительно меньшем содержании тяжелых элементов, чем ранее считалось.

«Это открытие поднимает массу вопросов, связанных с условиями жизни и потенциальной обитаемостью планет в различных условиях, — отмечает Гвидо Де Марчи. — Нам предстоит пересматривать существующие гипотезы и строить новые теории, основываясь на полученных спектроскопических данных и моделях динамики звездных систем».

На сегодняшний день ученые активно используют возможности «Уэбба» для расширения спектроскопических исследований в других регионах галактики и продолжения наблюдений за звездами с протопланетными дисками. В будущем, возможно, удастся найти дополнительные свидетельства формирования планет в условиях, ранее считавшихся непригодными для этого.