Телескоп Джеймса Уэбба разгадает загадки звездных яслей

Команда под руководством Марка МакКориана проведет обзор внутренней области туманности, Трапеции Ориона. Это скопление - ясли для тысячи молодых звезд, втиснутых в пространство шириной всего 4 световых года, как расстояние от нашего Солнца до Альфы Центавра.

«В этом месте очень много молодых звезд, которым около миллиона лет», - объяснил МакКориан, старший советник Европейского космического агентства по науке и исследованиям. «Миллион лет может показаться не очень молодым возрастом, но если бы наша Солнечная система была человеком среднего возраста, то звезды в этом скоплении - просто дети, трех-четырёх дней отроду. Так что с ними происходит много всего интересного, что сегодня мы не увидим у старых звезд вокруг нас. Нам очень интересно понять, как звезды и их планетные системы развиваются на самых ранних стадиях».

«Орион - ближайший к Солнцу регион массивного звездообразования», - сказал МакКориан. «Есть места ближе к Солнцу, в которых есть молодые звезды с малой массой, но нет таких близких, где есть как большие звезды, так и самые малые объекты».

Ученые изучат три интересных явления в Трапеции Ориона. Сначала они изучат распределение масс молодых объектов в этом кластере. Затем рассмотрят самые ранние фазы формирования планет вокруг молодых звезд скопления. Наконец, команда изучит материал, который многие молодые звезды выбрасывают в джетах и потоках.

Помимо изучения молодых звезд скопления, ученые будут смотреть на тела с массами ниже звездных - коричневых карликов. Это объекты образуются как звезды в результате гравитационного коллапса облаков газа и пыли, но из-за недостатка материала никогда не выработают температуру и давления в ядре, необходимые для плавления водорода.

Также ученые будут исследовать более мелкие объекты, эквивалентные по массе Юпитеру или даже Сатурну. Названные «свободно плавающими объектами планетарной массы», они не находятся на орбите вокруг звезды. Остается открытым вопрос, формируются ли они так, как это делают другие планеты, путем аккреции газа и пыли из протопланетного диска, оставшегося от звездообразования.

Эти объекты изначально формируются как планеты вокруг звезды, или из того же газа и пыли, из которых образовались сами звезды? МакКориан и его команда попытаются ответить на этот вопрос. «Можем ли мы найти какие-то характеристики, демонстрирующие эти чрезвычайно малые массы, чтобы помочь понять, сформировались ли они в изоляции, или в виде планет на орбите вокруг звезд, а после выброшены в результате какого-то взаимодействия?

Ученые будут использовать многоцветные изображения Уэбба, чтобы найти объекты вплоть до очень малых масс, а затем сравнят, сколько объектов существует в разных массовых категориях - например, сколько похожих на Солнце; сколько составляют десятую часть массы Солнца; и сколько составляют сотую часть массы Солнца. Они также используют Уэбб для анализа их атмосфер. Эта информация расскажет исследователям многое о формировании и о будущем развитии по мере взросления.

Некоторые новорожденные звезды в этих яслях окружены дисками из газа и пыли, которые появляются в виде силуэтов на фоне яркой туманности. Астрономы считают, что планеты должны формироваться в этих дисках. МакКорин и его команда используют инфракрасные изображения высокого разрешения Уэбба для измерения размеров этих дисков. Сравнивая их с видимыми изображениями, сделанными с помощью космического телескопа Хаббла, команда узнает о составе пыли, которая поможет понять самые ранние фазы формирования планет.

Когда молодые звезды собирают материал из газа и пыли, которые его окружают, большинство из них также выбрасывают часть этого материала обратно из полярных областей в виде джетов и потоков. Этот процесс является неотъемлемой частью звездообразования. Поскольку туманность Орион - дом для многих молодых звезд, в регионе много джетов и потоков, как больших, так и малых. Команда использует Уэбба для измерения тонких структур в этих потоках и определения их скоростей, а также для оценки их совокупной обратной реакции по окружающим звездообразующим облакам.

Почему Уэбб?

Когда звезды очень молодые, они окружены газом и пылью, из которых они сделаны. Пыль поглощает оптический спектр света и скрывает звезды за непрозрачным экраном. Но длинноволновый свет сможет проникнуть сквозь пыль, и поэтому даже если астрономы не могут видеть звезды в видимом свете, они обнаруживают их в инфракрасном диапазоне.

Кроме того, когда объекты молоды и еще формируются, они не настолько горячие, поэтому не светятся ярко на видимых длинах волн, а излучают большую часть света в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные исследования с использованием наземных телескопов показали, что в Трапеции Ориона много коричневых карликов, но не смогли обнаружить молодые объекты массой менее трех Юпитеров. Для этого есть две причины.

Во-первых, атмосфера Земли между землей и исследуемыми объектами ярко светится в инфракрасном диапазоне. «Можно увидеть относительно яркие объекты на фоне этого свечения, но нельзя увидеть очень слабые. Уэбб будет выше светящейся атмосферы Земли и сделает это возможным, объяснил МакКориан

Вторая причина в том, что, в отличие от наземных телескопов, сам Уэбб будет очень холодным. «Люди излучают тепло и светятся в инфракрасном диапазоне; наземные телескопы также светятся в инфракрасном диапазоне», - сказал МакКориан. «Итак, когда вы доберетесь до этих прохладных объектов с массой в три Юпитера, почти весь свет излучается на довольно длинных волнах, когда сам телескоп светится очень ярко. В космосе можно охладить телескоп до точки, где в этом спектре он не светится. То есть мы сможем увидеть все эти новые, очень слабые, чрезвычайно малые массы молодых объектов, которые никогда не увидим с Земли».

Таким образом, Уэбб, мощный инфракрасный космический телескоп, будет уникально способным к изучению этих молодых звезд, коричневых карликов и свободно плавающих объектов планетарной массы, а также их протопланетные диски, джетов и потоков в туманности Ориона.

Космический телескоп Джеймса Уэбба станет первой в мире обсерваторией космической науки, когда будет запущен в 2021 году. Уэбб будет разгадывать загадки в нашей Солнечной системе, заглядывать в далекие миры вокруг других звезд и исследовать таинственные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. Уэбб - международная программа, возглавляемая НАСА, Европейским космическим агентством (ESA) и Канадским космическим агентством.