JWST розкриває таємниці: попередників життя виявлено в екстремальних зоряних середовищах

Планети, такі як наша Земля, включно з планетами з водою, можуть утворюватися навіть у найсуворіших відомих середовищах зореутворення, просочених жорстким ультрафіолетовим світлом від масивних зірок. Це головний результат аналізу нових спостережень такого середовища за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Ці спостереження є першими у своєму роді – до JWST таке детальне спостереження було неможливим. Це хороша новина для планет, подібних до Землі, і для життя у Всесвіті: існує велика різноманітність середовищ, у яких можуть формуватися такі планети. Результати опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters.

Молекули води та вуглецю були виявлені в диску газу та пилу, що оточує молоду зірку сонячного типу, яка розташована в одному з найбільш екстремальних середовищ у нашій Галактиці. Такі диски є місцем, де планети формуються навколо новонароджених зірок. Команда астрономів під керівництвом Марії К. Рамірес-Таннус з Інституту астрономії Макса Планка (MPIA) використала космічний телескоп Джеймса Вебба, щоб заглянути у внутрішню область диска, де очікуються планети, схожі на нашу Землю. сформувати: так звані планети земної групи, з тонкою атмосферою, що покриває планету з каменю.

Диск, який астрономи називають XUE-1, піддається впливу інтенсивного ультрафіолетового випромінювання найближчих гарячих, масивних зірок. Проте навіть у цьому суворому середовищі спостереження виявили як воду, так і прості органічні молекули. Рамірес-Таннус каже: «Цей результат неочікуваний і захоплюючий! Це показує, що існують сприятливі умови для формування планет, подібних до Землі, і інгредієнтів для життя навіть у найсуворіших умовах нашої Галактики».

Безпрецедентна деталізація масивних областей зореутворення

Нові спостереження є першими у своєму роді. Попередні детальні спостереження дисків, що формують планети, були обмежені найближчими регіонами зореутворення, які не містять масивних зірок. Масивні області зореутворення абсолютно різні: там приблизно в один і той же час утворюються численні зірки, включаючи деякі з рідкісних, але надзвичайно потужних дуже масивних зірок. Під час «золотого віку» утворення зірок у Всесвіті, приблизно 10 мільярдів років тому, більшість зірок утворювалася в таких масивних скупченнях. Загалом, більш ніж половина всіх зірок у нашому Всесвіті, включаючи наше власне Сонце, народилися у масивних областях зореутворення разом із їхніми планетами. Проте нічого не було відомо про вплив такого суворого середовища на внутрішні області дисків, де очікується формування планет земної групи.

Масивні зірки невимушено дуже яскраві, випромінюючи велику кількість ультрафіолетового випромінювання високої енергії. Їхня присутність спричиняє значні збурення поблизу. Залишається відкритим питання, чи буде цей збій регулярно перешкоджати формуванню планет, подібних до Землі, навколо зірок, схожих на Сонце, що відсуне планети, схожі на Землю, на узбіччя в таких масивних скупченнях, які не неможливо утворити, але дуже рідко. Були переконливі аргументи, що це могло бути так. Наприклад, ультрафіолетове випромінювання від масивних зірок розсіює газ у зовнішніх частинах диска, що перешкоджає зростанню та дрейфу всередину частинок пилу, які є будівельними блоками планет, подібних до Землі (а також ядер таких гігантських планет, як Юпітер). або Сатурн). Це може збільшити шанси проти формування планет, схожих на Землю.

Досі спостереження не допомогли відповісти на це питання. У сучасному Всесвіті масивні області зореутворення рідкісні, і навіть найближчі знаходяться далеко. До недавнього часу не було можливості детально спостерігати маленькі диски навколо сонцеподібних зірок. Кілька планетоутворюючих дисків, які були достатньо близько, щоб їх детально спостерігати, розташовані в тихому середовищі, без інтенсивного ультрафіолетового випромінювання від масивних зірок, і, отже, немає користі для відповіді на запитання.

Зондування внутрішніх дисків за допомогою JWST

Це змінилося з появою JWST. Коли телескоп став доступним для наукових спостережень, Ramírez-Tannus і XUE (екстремальне ультрафіолетове середовище) співпрацювали, успішно застосувавши для спостереження NGC 6357. На відстані 5500 світлових років від Землі, це одна з найближчих масивних зірок. регіони. Це також найбільш багатообіцяюча спостережна ціль для відповіді на питання про внутрішній диск: NGC 6357 містить більше десяти сяючих зірок великої маси, що гарантує, що деякі планетоутворюючі диски, видимі в цьому регіоні, піддавалися інтенсивному УФ-випромінюванню протягом більшості їх існування. Різноманітність є важливим фактором: регіон містить різноманітні диски, деякі з яких зазнали більшого, а інші меншого опромінення.

«Якщо інтенсивне випромінювання перешкоджає формуванню планет у внутрішніх областях протопланетних дисків, NGC 6357 є місцем, де ми повинні побачити ефект», — каже Ар’ян Бік зі Стокгольмського університету, співголовний дослідник колаборації XUE. і другий автор статті.

Спостереження, які проводили астрономи, записували спектри: веселкові розклади світла, які дозволяють оцінити присутність конкретних молекул у спостережуваній області. На свій подив, Рамірес-Таннус та її колеги виявили, що, коли йдеться про наявність (і властивості) ключових молекул, принаймні один із внутрішніх дисків NGC 6357, а саме XUE-1, принципово не відрізняється від своїх аналогів. в областях зореутворення з малою масою.

Силікати, вода та інші молекули в суворих умовах

«Ми знайшли велику кількість води, окису вуглецю, вуглекислого газу, ціаніду водню та ацетилену у найглибших частинах XUE-1», — каже Рамірес-Таннус. «Це дає цінні підказки про ймовірний склад початкової атмосфери утворених планет земної групи». Дослідники також виявили силікатний пил у таких же кількостях, як і в областях зореутворення з малою масою. Це перший випадок, коли такі молекули були виявлені в таких екстремальних умовах.

Спостереження є гарною новиною для планет, подібних до Землі, і для життя у Всесвіті: очевидно, внутрішні області протопланетних дисків навколо сонцеподібних зірок, розташованих у деяких з найсуворіших середовищ зореутворення, так само здатні утворювати земні зірки. , скелясті планети, як і їхні аналоги з малою масою. Вони навіть забезпечують велику кількість води, необхідного інгредієнта для життя, яким ми його знаємо. Дослідники не можуть сказати, дивлячись на один диск, чи означає це значно велику кількість планет, схожих на Землю, народжених у таких середовищах. Колаборація XUE продовжує свої спостереження: досліджуючи JWST 14 додаткових дисків у різних частинах NGC 6357, це має допомогти розв’язувати важливе питання.