Teleskop Webba odkrył w Mgławicy Oriona kilkaset kandydatek na swobodne planety. Ciekawe, że około 40 z nich (~9%) porusza się w parach daleko od jakiejkolwiek gwiazdy. Te osobliwe układy podwójne istnieją na przekór oczekiwaniom teoretyków i zostały nazwane w języku angielskim Jupiter Mass Binary Objects (podwójne obiekty o masach podobnych do Jowisza), czyli w skrócie JuMBO.
Unikalna mozaika zdjęć centralnej części M42 w bliskiej podczerwieni
Astronomowie wykorzystali możliwości Teleskopem Webba i kamery NIRCam czułej na promieniowanie elektromagnetyczne w bliskiej podczerwieni, aby uzyskać mozaikę zdjęć centralnej części Mgławicy Oriona (M42). Mozaika zawiera około 301 megapikseli (21000 x 14351 pikseli).
Mozaika została rozdzielona na następujące dwa zakresy związane z czułością kamery NIRCam:
• bardziej „krótkofalowy” (długości fali λ ~ 0,6 – 2,3 μm) – patrz ilustracja (1), jest to zakres widma sąsiadujący z barwą czerwoną faktycznie rejestrowaną przez ludzkie oko (λ~0,63–0,78μm), gdzie rozdzielczość kątowa Teleskopu Webba jest największa i Webb „widzi” tutaj subtelne zjawiska aktywności gwiazdotwórczej w M42;
• bardziej „długofalowy” (λ ~ 2,4 – 5,0 μm), gdzie światło gwiazd jest znacznie słabsze – patrz ilustracja tytułowa, Teleskop Webba „widzi” w tych długościach fali włókna obłoków pyłowych i związków organicznych, zwane wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi WWA lub PAH (skrót z j.ang. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), które występują obficie w M42. PAH są molekułami zawierającymi atomy węgla, które tworzą pewną część pyłu występującego wszędzie we Wszechświecie. Dlatego takie obserwacje są kluczowe do zrozumienia mechanizmu powstawania tych wszechobecnych molekuł.
Rozmiarom kątowym 10.9 x 7.5’ na niebie dla ww. wersji mozaiki odpowiada w odległości M42 obszar 4 x 2,75 l.św. Zaś najmniejsze detale jakie można rozróżnić na tych zdjęciach mają w Mgławicy Oriona rozmiary przestrzenne rzędu ~25 jednostek astronomicznych (tzn. „szczegóły” o wielkości powyżej średnicy orbity Saturna). Jest to oszacowanie dla Teleskopu Webba wynikające z ograniczonej dyfrakcją rozdzielczości kątowej 0,063” dla fotonów o długości fali λ = 2 μm.
Barwy na zdjęciach z Teleskopu Webba nie odpowiadają kolorom widzianym przez ludzkie oko, ponieważ nasz narząd wzroku nie jest czuły na światło podczerwone (np. zakres widma w bliskiej podczerwieni o długościach fali od λ~1,40 μm do 4,70 μm na zdjęciach prezentowanych w niniejszym materiale), a najbliższa podczerwieni barwa dostrzegalna przez oko to jest kolor czerwony (λ~0,63–0,78μm).
Obie wersje mozaiki zdjęć Mgławicy Oriona w bliskiej podczerwieni są dostępne na portalu ESASky, który posiada przyjazny użytkownikowi interfejs dedykowany do oglądania i ściągania danych astronomicznych. Portal ESASky pozwala każdemu zainteresowanemu na eksplorację publicznie dostępnych danych astronomicznych.
Na ilustracji (1): Unikalny widok centralnej części Mgławicy Oriona i Gromady Trapez w kamerze NIRCam współpracującej z Teleskopem Webba. Ta mozaika zdjęć w bliskiej podczerwieni (bardziej „krótkofalowy” zakres czułości kamery NIRCam → cztery filtry o średnich długościach fali λ ~ 1,40–1,62–1,87–2,12μm). Źródło (CC BY-SA 3.0 IGO): NASA, ESA, CSA / M. McCaughrean, S. Pearson
Mgławica Oriona – kosmiczna perełka
Wielka Mgławica w Orionie (M42) znajduje się w odległości ponad 1300 l.św. od Ziemi w części zwanej „mieczem” w gwiazdozbiorze myśliwego Oriona.
Mgławica jest oświetlona przez Gromadę Trapez. Została tak nazwana ze względu na kształt, który tworzą cztery najjaśniejsze gwiazdy w tej gromadzie otwartej skupiającej młode gwiazdy. Gwiazdy tego kwartetu są masywne – o masach w zakresie 15-30 mas Słońca. Ich życie trwa zaledwie kilka milionów lat i kończy się wybuchem supernowej. Najjaśniejsza z nich to Theta1 Orionis C (θ1 Orionis C) o jasności wizualnej 5,13 mag emituje kilkaset tysięcy razy więcej promieniowania elektromagnetycznego niż nasze Słońce.
W tym obszarze są ukryte tysiące młodych gwiazd o masach od ~40 Mʘ (… mas Słońca), aż do dolnej granicy „gwiazdorstwa”, czyli minimalnej masy koniecznej do stabilnego podtrzymywania reakcji syntezy wodoru (~0,075 Mʘ).
Wiele z tych gwiazd jest zanurzona w dyskach gazowo-pyłowych, które mogą być miejscem powstawania planet. Takie dyski protoplanetarne są niszczone przez silne promieniowanie ultrafioletowe oraz silne wiatry gwiazdowe od pobliskich masywnych gwiazd – w szczególności tych w Gromady Trapez.
Na ilustracji (2): Na powiększonych fragmentach obrazów Mgławicy Oriona zrobionych przez Teleskop Webba w podczerwieni widać kilka dobrze znanych dysków protoplanetarnych, z których w przyszłości mogą powstać planety. Te ciemne dyski są widoczne, ponieważ znajdują się na tle jasnych obłoków gorącego gazu w Mgławicy Oriona. Źródło (CC BY-NC-ND 4.0 DEED): NASA, ESA, CSA / M. McCaughrean, S. Pearson - https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.03552
Na północny-zachód od Gromady Trapez znajduje się gęsty obłok zwany Obłokiem Molekularnym Oriona-1 – w skrócie OMC-1 (OMC – skrót z j.ang. Orion Molecular Cloud), w którym Teleskop Webba zaobserwował malownicze wielokrotne „palce” o barwie czerwonej.
Jest to wypływ materii składającej się głównie z molekularnego wodoru w obłoku OMC-1, która została wzbudzona przez niezmierny wielki strumień energii wypływającej z miejsca kosmicznego kataklizmu jakim było zderzenie dwóch olbrzymich gwiazd. Większa niż 100 km/sek prędkość tego wypływu świadczy o tym, że ta koalescencja, czyli połączenie się gwiazd nastąpiło zaledwie kilkaset lat temu.
W pobliżu czubków w niektórych „palcach” emisje zmieniają kolor na zielony. Jest to marker obecności gorącego gazu zawierającego jony żelaza.
Na ilustracji (3): Kosmiczne fajerwerki wyglądające też jak „palce eksplozyjne” w obszarze narodzin gwiazd BN-KL będącym częścią Obłoku Molekularnego Oriona OMC-1 – na północny zachód od Gromady Trapez. Jest to fragment mozaiki zdjęć centralnej części Mgławicy Oriona (M42) uzyskanej z obserwacji Teleskopem Webba w bliskiej podczerwieni (cztery filtry o średnich długościach fali λ ~ 1,40–1,62–1,87–2,12μm). Źródło (CC BY-SA 3.0 IGO): NASA, ESA, CSA / M. McCaughrean, S. Pearson
JuMBO – swobodne pary obiektów o masach porównywalnych z Jowiszem
Astronomowie Samuel G. Pearson and Mark J. McCaughrean szczegółowo zbadali zdjęcia Mgławicy Oriona – szczególnie dokładnie okolice Gromady Trapez. Jest to obszar, w którym gwiazdy powstają od około 1 miliona lat i obfituje w tysiące młodych gwiazd oraz brązowych karłów.
Jednak nie wszystkie planety, które powstały w Gromadzie Trapez posiadają gwiazdy macierzyste. Teleskop Webba odkrył jednak około 40 par swobodnych planet typu gazowe olbrzymy, które otrzymały akronim JuMBO (Jupiter Mass Binary Object).
To w tej otwartej gromadzie gwiazdowej astronomowie dokonali nadzwyczajnego odkrycia – pary obiektów podobnych do planet o masach od 0,6 do 13 mas Jowisza.
Obiekty JuMBO mimo, że niektóre z nich są masywniejsze od Jowisza mają praktycznie takie same lub niewiele większe rozmiary. Astronomowie odkryli ogółem około 40 par JuMBO i dwa układy potrójne. Wszystkie krążą po rozległych orbitach względem siebie najczęściej w odległości około 200 jednostek astronomicznych, czyli 200 razy dalej niż odległość Ziemia-Słońce, którą światło pokonuje w około 500 sekund. Okres orbitalny w układach JuMBO w zależności od obiektu waha się od 20 do 80 tysięcy lat.
Temperatury powierzchniowe JuMBO wynoszą od 500 C do 1300 C. W porównaniu do naszego Układu Słonecznego (wiek 4,57 miliarda lat) są to obiekty kilkadziesiąt tysięcy razy młodsze, bo ich wiek ocenia się na około milion lat.
Istnienie JuMBO w Mgławicy Oriona wprawiło naukowców w zakłopotanie. Ugruntowane teorie powstawania gwiazd i planet nie uwzględniają tych zdumiewających bytów kosmicznych. Niektórzy mogą przyrównywać JuMBO do swobodnych planet będących obiektami o masach planetarnych, które wędrują w przestrzeni bez orbitowania wokół towarzyszących gwiazd. Jednak występowanie par JuMBO na rozległych orbitach przeczy tym konwencjonalnym wyjaśnieniom. To odkrycie implikuje konieczność przewartościowania naszego rozumienia zjawisk formowania się gwiazd i planet - między innymi odpowiedzi na pytania:
• Czy JuMBO i inne swobodne planety typu gazowe olbrzymy powstają bezpośrednio z materii gazowej Mgławicy Oriona – podobnie jak „nieudane gwiazdy”?
• Czy może są uciekinierami z układów planetarnych wskutek oddziaływań grawitacyjnych, gdy orbita planety staje się hiperboliczna po bliskim spotkaniu z inną gwiazdą?
Na ilustracji (4): Na powiększonym fragmencie zdjęcia Mgławicy Oriona w bliskiej podczerwieni zrobionym przez Teleskop Webba widać kilka podwójnych obiektów o masach porównywalnych z Jowiszem, czyli tzw. JuMBO. Te osobliwe pary planetarne są daleko od jakiejkolwiek gwiazdy i istnieją na przekór oczekiwaniom teoretyków. Źródło (CC BY-NC-ND 4.0 DEED): NASA, ESA, CSA / M. McCaughrean, S. Pearson - https://arxiv.org/abs/2310.01231
Dalsze badania JuMBO
Mgławica Oriona od dawna jest ulubionym obiektem badawczym dla astronomów i cały czas są odkrywane wcześniej niezauważone ciała niebieskie - także za pomocą najbardziej zaawansowanych obecnie teleskopów, takich jak np. Webb. Zdolność tego ostatniego do obserwacji w podczerwieni nawet słabych obiektów jest istotny dla dokonania tego odkrycia. Na początek 2024 roku są planowane dalsze obserwacje Mgławicy Oriona, których celem w szczególności będzie wyznaczenie składu chemicznego atmosfer JuMBO i dokładne pomiary ich mas.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa:
(ArXiv) A JWST survey of the Trapezium Cluster & inner Orion Nebula I. Observations & overview
(ArXiv) Jupiter-Mass Binary Objects in the Trapezium Cluster
Webb’s wide-angle view of the Orion Nebula is released in ESASky
The James Webb Space Telescope's Astonishing Finds in the Orion Nebula
Orion Nebula in NIRCam short-wavelength channel on ESASky
Orion Nebula in NIRCam long-wavelength channel on ESASky
Portal Urania:
Kosmiczne fajerwerki na mozaice zdjęć M42 z Teleskopu Webba
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba sfotografował Poprzeczkę Oriona w M42
Polarymetryczna próba mapowania pola magnetycznego w Mgławicy Oriona
Źródło: NASA, ESA, CSA
Na ilustracji: Unikalny widok centralnej części Mgławicy Oriona (M42) i Gromady Trapez w kamerze NIRCam współpracującej z Teleskopem Webba. Ta mozaika zdjęć w bliskiej podczerwieni (sześć filtrów o średnich długościach fali λ ~ 2,77–3,00–3,35–3,60–4,44–4,70μm). Obszar na tym zdjęciu odpowiada rozmiarom 4 x 2,75 l.św. przy odległości do M42 wynoszącej ponad 1300 l.św. Źródło (CC BY-SA 3.0 IGO): NASA, ESA, CSA / M. McCaughrean, S. Pearson
