Космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА совершил прорыв, впервые напрямую измерив как химический состав, так и физические условия диска, который потенциально формирует луны вокруг массивной экзопланеты. Этот богатый углеродом диск окружает планету CT Cha b, находящуюся на расстоянии около 625 световых лет от Земли. Хотя в данных, полученных с помощью телескопа Уэбба, пока не обнаружено сформировавшихся лун, эта среда может служить колыбелью для будущих спутников, предлагая ценное представление о том, как возникают такие естественные объекты. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.
Звезда, вокруг которой вращается CT Cha b, молода – ей всего 2 миллиона лет, и она все еще активно собирает материал из окружающего пространства. Однако наблюдения Уэбба показывают, что меньший диск вокруг планеты отделен от гораздо более крупного диска, питающего саму звезду. Планету и ее звезду разделяет колоссальное расстояние в 46 миллиардов миль, что указывает на то, что это две совершенно разные системы активности.
Понимание того, как формируются планеты и их спутники, имеет решающее значение для объяснения эволюции планетарных систем по всей галактике. Вероятно, лун в космосе больше, чем планет, и некоторые из них могут даже поддерживать условия, пригодные для жизни. Благодаря беспрецедентным возможностям телескопа Уэбба астрономы теперь начинают напрямую наблюдать эти ранние стадии формирования планет и их естественных спутников.
Исследователи называют это открытие прорывом в понимании процессов формирования и роста планет и лун. Детальные наблюдения Уэбба позволяют ученым сравнить эту молодую систему с ранней историей нашей собственной Солнечной системы, которая сформировалась более 4 миллиардов лет назад. «Мы видим свидетельства существования диска вокруг спутника, и мы можем впервые изучить его химию. Мы не просто наблюдаем формирование лун – мы также наблюдаем формирование этой планеты», – сказала соавтор исследования Сьерра Грант из Института науки Карнеги в Вашингтоне. Главный автор Габриэле Куньо из Университета Цюриха и член Национального центра компетенции в исследованиях PlanetS добавил: «Мы видим, какой именно материал аккрецирует, чтобы построить планету и луны».
Для изучения CT Cha b телескоп Уэбба использовал свой прибор MIRI (Mid-Infrared Instrument) и спектрограф среднего разрешения. Ранние анализы архивных данных Уэбба намекали на наличие молекул в околопланетном диске, что послужило поводом для более детального исследования. Поскольку слабое свечение планеты легко теряется в яркости ее звезды-хозяина, исследователи применили методы высококонтрастной визуализации, чтобы отделить свет планеты от света звезды. «Мы увидели молекулы в районе планеты, и поэтому знали, что там есть что-то, что стоит искать и потратить год на извлечение из данных. Это действительно потребовало большого упорства», – отметила Грант.
Команда в конечном итоге идентифицировала семь углеродсодержащих молекул в диске, включая ацетилен (C2H2) и бензол (C6H6). Эта сильная углеродная сигнатура резко контрастирует с химическим составом собственного диска звезды, где присутствует вода, но отсутствует углерод. Химические различия между двумя дисками показывают, как быстро эти среды могут эволюционировать – всего за 2 миллиона лет.
Ученые давно предполагали, что четыре крупных луны Юпитера – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – возникли из подобного диска, окружавшего молодую планету миллиарды лет назад. Выравнивание их орбит подтверждает эту идею. Две самые внешние луны, Ганимед и Каллисто, примерно на 50% состоят из водного льда, но, вероятно, содержат каменистые ядра, богатые такими элементами, как углерод или кремний. «Мы хотим узнать больше о том, как формировались луны нашей Солнечной системы. Это означает, что нам нужно изучать другие системы, которые все еще находятся в процессе формирования. Мы пытаемся понять, как все это работает», – сказал Куньо. – «Как возникают эти луны? Каковы их ингредиенты? Какие физические процессы задействованы и в какие сроки? Телескоп Уэбба позволяет нам впервые наблюдать драму формирования лун и исследовать эти вопросы».
В течение следующего года исследовательская группа планирует использовать телескоп Уэбба для изучения дополнительных молодых планетарных систем, стремясь сравнить физическое и химическое разнообразие среди дисков, которые однажды могут породить луны. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба является ведущей космической обсерваторией мира, предназначенной для исследования Вселенной с непревзойденной точностью. Он помогает ученым разгадывать тайны нашей Солнечной системы, изучать далекие планеты, вращающиеся вокруг других звезд, и заглядывать в самые ранние галактики, сформировавшие космос. Уэбб – это международное партнерство между НАСА, Европейским космическим агентством (ESA) и Канадским космическим агентством (CSA), объединяющее передовые технологии и глобальное сотрудничество для расширения нашего понимания Вселенной и нашего места в ней.
