Телескоп Уэбба будет наблюдать 17 активно формирующихся планетных систем

Credit: NASA

На формирование планетных систем уходят миллионы лет, что представляет собой серьезную проблему для астрономов. Как вы определяете, на каком этапе они находятся или классифицируете их? Наилучший подход – посмотреть на множество примеров и продолжать пополнять данные, которые у нас есть, а готовящийся космический телескоп НАСА Джеймс Уэбб сможет предоставить инфракрасные данные. Исследователи, использующие Уэбб, будут наблюдать 17 активно формирующихся планетных систем. Эти конкретные системы были ранее исследованы Атакамской большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решеткой (ALMA), крупнейшим радиотелескопом в мире, для проекта Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP).

Уэбб будет измерять спектры, которые могут выявить молекулы во внутренних областях этих протопланетных дисков, дополняя детали, предоставленные ALMA о внешних областях дисков. В этих внутренних областях могут начать формироваться скалистые планеты, похожие на Землю, и это одна из причин, почему мы хотим больше узнать о том, какие молекулы там существуют.

Исследовательская группа под руководством Колетт Салик из колледжа Вассар в штате Нью-Йорк и Клауса Понтоппидана из Научного института в штате Мэриленд, ищет детали, обнаруженные в инфракрасном свете. «Как только вы переключитесь на инфракрасный свет, особенно на диапазон Уэбба в среднем инфракрасном свете, мы будем чувствительны к самым многочисленным молекулам», – пояснил Понтоппидан.

Исследователи смогут оценить количество воды, окиси углерода, двуокиси углерода, метана и аммиака – среди множества других молекул – в каждом диске. Что особенно важно, они смогут подсчитать молекулы, которые содержат элементы, необходимые для жизни, какой мы ее знаем, включая кислород, углерод и азот. Как? С помощью спектроскопии: Уэбб будет улавливать весь свет, излучаемый в центре каждого протопланетного диска, в виде спектра, который дает детализированный цветовой узор на основе длины волны излучаемого света. Поскольку каждая молекула запечатлевает уникальный образец в спектре, исследователи могут идентифицировать, какие молекулы присутствуют, и составлять карту с содержанием каждого протопланетного диска. Сила этих паттернов также несет информацию о температуре и количестве каждой молекулы.

«Данные Уэбба также помогут нам определить, где находятся молекулы в общей системе», – сказал Салык. «Если они горячие, это означает, что они ближе к звезде, если холоднее, они могут быть дальше». Эта пространственная информация поможет сформировать модели, которые создают ученые, продолжая изучать данные этой программы.

Знание того, что находится внутри дисков, имеет и другие преимущества. Попала ли вода, например, в эту область, где могут формироваться пригодные для жизни планеты? «Одна из вещей, которая действительно удивительна в планетах – немного измените химию, и вы сможете получить совершенно разные миры», – продолжил Салык.

«Вот почему нас интересует химия. Мы пытаемся выяснить, как материалы, изначально обнаруженные в системе, могут в конечном итоге превратиться в разные типы планет».

Данные с телескопа предоставляются всем астрономам, а как только они доводятся до сведения всех астрономов, это позволяет каждому немедленно извлечь данные, начать оценивать, что есть в каждом диске, и делиться своими выводами.

«Инфракрасные данные Уэбба будут интенсивно изучаться», – добавил соисследователь Кэ Чжан из Университета Висконсин-Мэдисон. «Мы хотим, чтобы все исследовательское сообщество могло подходить к данным с разных сторон».

Почему пристальный осмотр?

Давайте сделаем шаг назад, чтобы увидеть лес за деревьями. Представьте, что вы находитесь на исследовательском судне у берегов далекой страны. Вы могли бы начать считать, сколько здесь деревьев и сколько деревьев каждой породы. Вы сможете начать идентифицировать конкретных насекомых и птиц и сопоставить звуки, которые вы слышите на берегу, с криками, которые вы слышите под верхушками деревьев. Эта подробная каталогизация очень похожа на то, что Уэбб дает ученым – возможность изучать – но заменяя деревья и животных химическими элементами.

Протопланетные диски в этой программе очень яркие и относительно близки к Земле, что делает их отличными целями для изучения. Именно поэтому они были выбраны ALMA. Именно поэтому исследователи изучали их с помощью космического телескопа НАСА Спитцер. Эти объекты изучаются с 2003 года, что делает эту область исследований относительно новой. Уэбб может многое добавить к тому, что мы о ней знаем.

Средне-инфракрасный прибор (MIRI) телескопа дает много преимуществ. Расположение Уэбба в космосе позволяет улавливать весь спектр среднего инфракрасного света (его фильтрует атмосфера Земли). Кроме того, его данные будут иметь высокое разрешение, что позволит выявить гораздо больше линий и изгибов в спектре, которые исследователи могут использовать для выявления определенных молекул.

Исследователи также тщательно отобрали типы звезд, выбранных для этих наблюдений. В эту выборку входят звезды, масса которых составляет примерно от половины массы Солнца до двух масс. Почему? Цель состоит в том, чтобы помочь исследователям узнать больше о системах, которые могут быть похожи на нашу собственную в том виде, в каком они формировались. «С помощью этого образца мы можем начать определять, есть ли какие-либо общие черты между свойствами дисков и их внутренним составом», – продолжил Чжан. «В конце концов, мы хотим иметь возможность предсказать, какие типы систем с большей вероятностью будут генерировать обитаемые планеты».

Эти исследования будут проводиться в рамках программ Webb General Observer (GO), которые будут отобраны на конкурсной основе с использованием системы двойного анонимного обзора, той же системы, которая используется для распределения времени на космическом телескопе Хаббл.