Дані телескопа Джеймса Вебба підтвердили теорію про роль крижаної гальки у формуванні планет

Вчені проаналізували дані, отримані космічним телескопом Джеймс Вебб в ході спостереження за протопланетними дисками, і зробили проривне відкриття. Спостереження за водяною парою в протопланетних дисках допомогло підтвердити передбачуваний раніше фізичний процес, що включає дрейф крижаної гальки із зовнішніх районів дисків безпосередньо в зону формування планети.

Згідно з існуючою теорією, на околиці протопланетного диска утворюється дрібна крижана галька, яка відіграє ключову роль у формуванні планет. Ця галька поступово дрейфує із країв протопланетних дисків безпосередньо до місця формування планети, доставляючи туди воду та тверді частинки.

Дослідники використовували MIRI (прилад середнього ІЧ-діапазону) "Вебба" для вивчення чотирьох протопланетних дисків (двох компактних і двох розширених), розташованих навколо сонцеподібних зірок. Вік усіх цих зірок оцінюється в діапазоні від 2 до 3 млн років - дуже молоді за космічними мірками. Передбачалося, що на компактних дисках крижана галька йтиме в глиб на відстань, еквівалентну орбіті Нептуна, а на розширених дисках осідатиме у віжі численних кілець. Крім того, згідно з теорією, компактні диски повинні були містити більше води у внутрішній частині. За підсумками результати спостережень підтвердили очікування.

Якщо в компактних протопланетних дисках крижана галька постійно дрейфує до місця формування майбутньої планети, в розширених дисках вона осідає на різних рівнях залежно від тиску, потрапляючи в своєрідні пастки. Ці пастки необов'язково зупиняють дрейф гальки, але перешкоджають йому затримуючи воду на різних рівнях. Крім того, великі планети можуть створювати свої пастки, де, як правило, накопичується галька. Як приклад можна назвати Юпітер у нашій Сонячній системі, який перешкоджав доставці твердих частинок та води на внутрішні та маленькі скелясті планети.

На графіці нижче можна побачити різницю у вмісті холодної води у компактних та розширених дисках. Примітно, що для спостережень бралися зірки приблизно з однаковими температурами, але за підсумком вода в компактних дисках виявилася холоднішою. Імовірно, це пов'язано з тим, що в компактних протопланетних дисках практично нічого не заважає дрейфу крижаної гальки всередину диска, і за підсумком там накопичується велика кількість крижаної пари і твердих частинок, що обмерзли. У розширених дисках галька та вода осідає у різних «пастках» у міру просування до внутрішніх областей дисків, а температура води на різних рівнях залежить від складу кілець диска.

Результати спостережень опубліковані у відкритому доступі в статті " JWST Reveals Excess Cool Water near the Snow Line in Compact Disks, Consistent with Pebble Drift " журналу The Astrophysical Journal Letters.