Телескоп Уэбба предназначен для изучения формирования планетных систем

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.