Najnowsze badania sugerują, że obserwowany przez JWST dysk protoplanetarny wokół T Cha znajduje się na końcu swojej ewolucji.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) pomaga naukowcom odkryć, w jaki sposób powstają planety, poprzez lepsze zrozumienie miejsc ich narodzin i dysków protoplanetarnych otaczających młode gwiazdy. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Astronomical Journal, zespół naukowców kierowany przez Namana Bajaja z Uniwersytetu Arizony, w tym dr Uma Gorti z Instytutu SETI, po raz pierwszy obrazuje wiatry ze starego dysku protoplanetarnego (wciąż bardzo młodego w stosunku do Słońca), który aktywnie rozprasza zawarty w nim gaz. Dysk był już wcześniej zobrazowany, ale wiatry ze starych dysków nie. Poznanie momentu rozpraszania się gazu jest istotne, ponieważ ogranicza czas, jaki pozostał młodym, powstającym planetom na wykorzystanie gazu z otoczenia.
Odkryciem kluczowym jest obserwacja T Cha, młodej gwiazdy otoczonej przez erodujący dysk, który cechuje się ogromną luką pyłową o promieniu około 30 jednostek astronomicznych. Po raz pierwszy astronomowie uchwycili rozpraszający się gaz (tzw. wiatry) za pomocą czterech linii gazów szlachetnych neonu (Ne) i argonu (Ar), z czego jedna jest pierwszą wykrytą w dysku protoplanetarnym. Obrazy [Ne II] pokazują, że wiatr pochodzi z rozległego obszaru dysku. Zespół naukowców jest również zainteresowany zrozumieniem przebiegu tego procesu, aby lepiej pojąć jego historię i wpływ na nasz Układ Słoneczny.
Wiatry te mogę być napędzane przez wysokoenergetyczne fotony gwiazdowe (światło gwiazdy) lub przez pole magnetyczne, które oplata dysk protoplanetarny – powiedział Naman.
Uma Gorti z Instytutu SETI od dziesięcioleci prowadzi badania nad rozpraszaniem dysków i wraz ze swoim kolegą przewidziała silną emisję argonu, którą wykrył JWST. Jest podekscytowana, że w końcu będzie mogła rozwikłać warunki fizyczne panujące w wietrze, aby zrozumieć, w jaki sposób się on uruchamia.
Układy planetarne, takie jak nasz Układ Słoneczny, wydają się zawierać więcej obiektów skalistych niż bogatych w gaz. Wokół naszego Słońca są to planety wewnętrzne, pas planetoid i pas Kuipera. Jednak naukowcy od dawna wiedzą, że dyski protoplanetarne zaczynają się od 100 razy większej masy w gazie niż w ciałach stałych, co prowadzi do palącego pytania: kiedy i w jaki sposób większość gazu opuszcza dysk/układ?
Na bardzo wczesnych etapach formowania się układu planetarnego, planety łączą się, tworząc wirujący dysk gazu i drobnego pyłu wokół młodej gwiazdy. Cząsteczki te zlepiają się ze sobą, tworząc coraz większe fragmenty zwane planetozymalami. W miarę upływu czasu te planetozymale zderzają się i łączą, ostatecznie formując planety. Rodzaj, rozmiar i lokalizacja planet, które powstają, zależą od ilości dostępnego materiału i czasu, przez jaki pozostaje on w dysku. Wynik formowania się planet zależy zatem od ewolucji i rozproszenia dysku.
Ta sama grupa, w innym artykule przeprowadziła symulacje rozpraszania napędzanego przez fotony gwiazdowe, aby rozróżnić oba zjawiska. Porównali te symulacje z rzeczywistymi obserwacjami i stwierdzili, że rozproszenie przez wysokoenergetyczne fotony gwiazdowe może wyjaśnić obserwacje i dlatego nie można go wykluczyć. Dr Andrew Sellek z Leiden Observatory opisał, jak jednoczesny pomiar wszystkich czterech linii przez JWST okazał się kluczowy dla ustalenia właściwości wiatru i pomógł nam wykazać, że rozpraszane są znaczne ilości gazu. Aby ująć to w kontekście, naukowcy obliczyli, że masa rozpraszająca się każdego roku jest równoważna masie Księżyca!
Linia [Ne II] została po raz pierwszy odkryta w kierunku kilku dysków protoplanetarnych w 2007 roku za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera i wkrótce została zidentyfikowana jako znacznik wiatrów przez prowadzącego projekt prof. Pascucci na Uniwersytecie Arizony; zmieniło to wysiłki badawcze skoncentrowane na zrozumieniu rozpraszania gazu w dysku. Odkrycie przestrzennie rozdzielonego [Ne II] i pierwsza detekcja [Ar III] za pomocą JWST może stać się kolejnym krokiem w kierunku zmiany naszego zrozumienia tego procesu.
Po raz pierwszy użyliśmy neonu do badania dysków protoplanetarnych ponad dziesięć lat temu, testując nasze symulacje obliczeniowe w odniesieniu do danych ze Spitzera i nowych obserwacji uzyskanych za pomocą VLT – powiedział prof. Richard Alexander z University of Leicester School of Physics and Astronomy. Wiele się nauczyliśmy, ale te obserwacje nie pozwoliły nam zmierzyć, ile masy tracą dyski. Nowe dane z JWST są spektakularne, a możliwość rozpoznania wiatrów dyskowych na obrazach jest czymś, co nigdy nie wydawało mi się możliwe. Wraz z kolejnymi obserwacjami, JWST pozwoli nam zrozumieć młode układy planetarne jak nigdy dotąd.
Ponadto zespół odkrył, że wewnętrzny dysk T Cha ewoluuje w bardzo krótkich skalach czasowych rzędu dziesięcioleci. Zaobserwowali, że widmo T Cha z JWST różni się od wcześniejszego widma Spitzera. Według Chengyana Xie z Uniwersytetu Arizony, to niedopasowanie można wyjaśnić małym, asymetrycznym dyskiem wewnętrznym, który stracił część swojej masy w ciągu zaledwie około 17 lat. Wraz z innymi badaniami sugeruje to również, że dysk T Cha znajduje się na końcu swojej ewolucji. Chengyan dodał: Być może będziemy świadkami rozproszenia całej masy pyłu w wewnętrznym dysku T Cha w ciągu naszego życia!
Konsekwencje tych odkryć oferują nowy wgląd w złożone interakcje, które prowadzą do rozproszenia gazu i pyłu, co jest kluczowe dla formowania się planet. Dzięki zrozumieniu mechanizmów stojących za rozpraszaniem dysków, naukowcy mogą lepiej przewidywać czas i środowiska sprzyjające narodzinom planet. Praca zespołu demonstruje potęgę JWST i wyznacza nowe kierunki badań dotyczących dynamiki formowania się planet i ewolucji dysków okołogwiazdowych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- JWST Captures the End of Planet Formation
- JWST MIRI MRS Observations of T Cha: Discovery of a Spatially Resolved Disk Wind
Źródło: SETI
Na ilustracji: Wizja artystyczna obrazująca gaz rozpraszający się z dysku protoplanetarnego. Źródło: ESO/M. Kornmesser
