Оживленный звездный питомник в живописной туманности Ориона станет предметом исследования для космического телескопа Джеймса Уэбба, который планируется запустить в
«Это место, где есть много очень молодых звезд, которым около миллиона лет» объяснил МакКориан, который также является старшим советником Европейского космического агентства по науке и исследованиям. «Миллион лет может показаться не очень молодым, но если бы наша солнечная система была человеком среднего возраста, звезды в этом скоплении – это просто дети, три или четыре дня. Так что с ними происходит много всего интересного, что мы не видим в старых звездах вокруг нас сегодня. Мы очень заинтересованы в понимании того, как звезды и их планетные системы развиваются на самых ранних стадиях. “
Почему туманность Орион? «Орион является ближайшим регионом массивного звездообразования к Солнцу», – сказал МакКориан. «Есть места ближе к Солнцу, в которых есть молодые звезды с низкой массой, но нет ни одного ближе, где есть и большие звезды, и самые маленькие объекты».
МакКориан и его команда изучат три интересных явления в скоплении Трапеции. Сначала они будут изучать распределение масс молодых объектов в этом кластере. Затем они рассмотрят самые ранние фазы формирования планет вокруг молодых звезд скопления. Наконец, команда изучит материал, который многие молодые звезды выбрасывают в струях и потоках. Наблюдения являются частью программы гарантированных временных наблюдений (GTO), предоставленной МакКориану из-за его роли междисциплинарного ученого Уэбба
Сортировка звезд и других молодых объектов
Помимо изучения молодых звезд скопления, ученые будут смотреть на тела с массами ниже звезд, называемые коричневые карлики. Это объекты, которые образуются как звезды в результате гравитационного коллапса облаков газа и пыли, но поскольку у них недостаточно материала, они никогда не разрабатывают температуры и давления в своих центрах, необходимые для плавления водорода.
Они также 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 с протопланетного диска, оставшегося от звездообразования.
Изначально такой объект образовался как планета вокруг звезды, или он образовался из того же газа и пыли, из которых сами звезды образовались? МакКориан и его команда пытаются ответить на этот вопрос. «Можем ли мы найти какие-то характеристики, которые демонстрируют эти чрезвычайно малые массы, чтобы помочь нам понять, сформировались ли они в изоляции, или, скорее, были ли они сформированы в виде планет на орбите вокруг звезд и были выбиты в результате какого-то взаимодействия?»
Ученые будут использовать многоцветные изображения Уэбба, чтобы находить объекты до очень малых масс, а затем смотреть, сколько из этих объектов есть в различных массовых категориях – например, сколько из них как Солнце; сколько составляет десятая часть массы Солнца; и сколько составляет сотая часть массы Солнца. Они также будут использовать Уэбба для анализа своей атмосферы. Эта информация многое расскажет исследователям о том, как эти тела должны были сформироваться и как они будут развиваться по мере взросления.
Изучение силуэтов
Некоторые новорожденные звезды в этом питомнике окружены дисками 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 будут использовать 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 им понять самые ранние фазы формирования планет.
Исследование струй и оттоков
Когда молодые звезды собирают материал из газа и пыли, которые окружают они также выбрасывают часть этого материала обратно из своих полярных областей в струях и потоках. Этот процесс является неотъемлемой частью звездообразования. Поскольку туманность Орион является домом для многих молодых звезд, в регионе много струй и потоков, как больших, так и малых. Команда будет использовать Уэбба для измерения тонких структур в этих потоках и определения их скоростей, а также для оценки их совокупной обратной связи по окружающим звездообразующим облакам.
Почему Вебб?
Когда звезды очень молодые, они окружены газом и пылью, из которых они делаются. Пыль поглощает свет видимой длины волны и скрывает звезды за непрозрачным экраном. Но длинноволновый свет может проникать в пыль, и поэтому даже если астрономы не могут видеть звезды в видимом свете, они часто все еще обнаруживаются в инфракрасном диапазоне.
Кроме того, когда объекты молоды и еще формируются, они не становятся особенно горячими. Это означает, что они не светятся ярко на видимых длинах волн, а излучают большую часть света в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные исследования с использованием наземных телескопов показали, что в скоплении Трапеции много коричневых карликов, но они не смогли обнаружить молодые объекты массой менее трех Юпитеров. Для этого есть две причины.
Во-первых, атмосфера Земли между землей и изучаемыми объектами светится ярко в инфракрасном диапазоне. «В некотором смысле, это немного похоже на попытку сделать видимую астрономию длины волны в дневное время», объяснил МакКориан. «Вы можете видеть относительно яркие вещи на фоне этого свечения, но вы не можете видеть очень слабые вещи. Уэбб будет выше светящейся атмосферы Земли и сделает это возможным».
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 выходит на довольно длинных волнах, где сам телескоп светится очень ярко. В космосе вы можете охладить телескоп до точки, где на этих длинах волн он совсем не светится. А это означает, что вы внезапно сможете увидеть все эти новые, очень слабые, чрезвычайно малые массы молодых объектов, вещи, которые вы никогда не увидите с земли. “
Уэбб, мощный инфракрасный космический телескоп, таким образом, будет уникально способен изучать этих молодых звезд, коричневых карликов и свободно плавающие объекты планетарной массы, а также их протопланетные диски, струи и потоки в таких областях, как туманность Ориона.
Космический телескоп Джеймса Уэбба станет первой в мире обсерваторией космической науки, когда он запустится в 2021. 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. Webb – это международная программа, возглавляемая НАСА с ее партнерами, Европейским космическим агентством (ESA) и Канадским космическим агентством.