Badania młodej gromady gwiazd dostarczają dowodów na to, że te same kosmiczne procesy, które dają początek gwiazdom, mogą również odgrywać rolę w tworzeniu obiektów tylko nieznacznie większych od Jowisza.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykrył sześć prawdopodobnych obcych światów – obiektów o masie podobnej do planety, ale niezwiązanych grawitacyjnie z żadną gwiazdą – w tym najlżejszy kiedykolwiek zidentyfikowany świat z pyłowym dyskiem wokół.
Nieuchwytne obiekty oferują nowe dowody na to, że te same kosmiczne procesy, które dają początek gwiazdom, mogą również odgrywać wspólną rolę w tworzeniu obiektów tylko nieznacznie większych od Jowisza.
Badamy granice procesu formowania się gwiazd – powiedział główny autor Adam Langeveld, astrofizyk Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore. Jeżeli mamy obiekt, który wygląda jak młody Jowisz, to czy jest to możliwe, że w odpowiednich warunkach mógł stać się gwiazdą? To ważny kontekst dla zrozumienia zarówno formowania się gwiazd, jak i planet.
Odkrycia pochodzą z najgłębszego przeglądu JWST, dotyczącego młodej mgławicy NGC 1333, gromady gwiazd znajdującej się w odległości 720 lat świetlnych w kierunku konstelacji Perseusza. Nowe zdjęcie z badania opublikowane 27 sierpnia 2024 roku przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) pokazuje NGC 1333 świecącą dramatycznym blaskiem pyłu międzygwiezdnego i obłoków. Artykuł szczegółowo opisujący wyniki badań został zaakceptowany do publikacji w „The Astronomical Journal”.
Dane uzyskane przez JWST sugerują, że odkryte światy to gazowe olbrzymy 5–10 razy masywniejsze od Jowisza. Oznacza to, że są one jednymi z najmniej masywnych obiektów, jakie kiedykolwiek powstały w wyniku procesu, w którym zwykle powstają gwiazdy i brązowe karły – obiekty na granicy między gwiazdami i planetami, które nigdy nie zapalają się w wyniku syntezy wodoru i z czasem zanikają.
Wykorzystaliśmy bezprecedensową czułość JWST w podczerwieni do poszukiwania najsłabszych członków młodej gromady gwiazd, starając się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie w astronomii: Jak lekki obiekt może uformować się jako gwiazda? – powiedział Ray Jayawardhana, astrofizyk i jeden z autorów artykułu. Okazuje się, że najmniejsze swobodnie unoszące się obiekty, które formują się jak gwiazdy, pokrywają się masą z olbrzymimi egzoplanetami krążącymi wokół pobliskich gwiazd.
Obserwacje teleskopu nie ujawniły żadnych obiektów o masie mniejszej niż pięć mas Jowisza – pomimo posiadania przez JWST wystarczającej czułości do wykrycia takich ciał. To wyraźna wskazówka, że wszelkie obiekty gwiazdowe lżejsze niż ta wartość są bardziej skłonne do formowania się w sposób, w jaki robią to planety, podsumowują autorzy.
Nasze obserwacje potwierdzają, że natura wytwarza obiekty o masie planetarnej na co najmniej dwa różne sposoby – poprzez kurczenie się obłoku gazu i pyłu, w sposób, w jaki tworzą się gwiazdy, oraz w dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd, jak to miało miejsce w przypadku Jowisza w naszym Układzie Słonecznym – powiedział Jayawardhana.
Dyski są również warunkiem wstępnym formowania się planet, co sugeruje, że obserwacje mogą mieć również istotne implikacje dla potencjalnych „miniplanet”.
Te małe obiekty o masach porównywalnych z olbrzymimi planetami mogą same być w stanie tworzyć własne planety – powiedział współautor Alexander Scholz, astrofizyk z University of St Andrews w Szkocji. To może być żłobek miniaturowego układu planetarnego, w skali znacznie mniejszej niż nasz Układ Słoneczny.
Korzystając z instrumentu NIRISS zainstalowanego na JWST, astronomowie zmierzyli profil widma podczerwonego każdego obiektu w obserwowanej części gromady gwiazd, a potem ponownie przeanalizował 19 znanych brązowych karłów. Odkryli również nowego brązowego karła z towarzyszem o masie planetarnej, co jest rzadkim odkryciem, które podważa teorie powstawania układów podwójnych.
Jest prawdopodobne, że taka para uformowała się w sposób, w jaki powstają układy podwójne gwiazd, z fragmentacji obłoku podczas jego kurczenia się – powiedział Jayawardhana. Różnorodność układów wytworzonych przez naturę jest niezwykła i zmusza nas do udoskonalenia naszych modeli formowania się gwiazd i planet.
Zbłąkane światy mogą pochodzić z zapadających się obłoków molekularnych, którym brakuje masy do fuzji jądrowej zasilającej gwiazdy. Mogą również powstawać, gdy gaz i pył w dyskach wokół gwiazd łączą się w planetopodobne kule, które ostatecznie są wyrzucane z ich układów gwiazdowych, prawdopodobnie z powodu interakcji grawitacyjnych z innymi ciałami.
Te swobodnie unoszące się obiekty zacierają klasyfikację ciał niebieskich, ponieważ ich masy pokrywają się z gazowymi olbrzymami i brązowymi karłami. Mimo że takie obiekty są uważane za rzadkie w Galaktyce Drogi Mlecznej, nowe dane z JWST pokazują, że stanowią one około 10% ciał niebieskich w docelowej gromadzie gwiazd.
W nadchodzących miesiącach zespół planuje dokładniej zbadać atmosfery tych obiektów, porównując je z atmosferami cięższych brązowych karłów i planet gazowych olbrzymów. Zespół otrzymał też czas obserwacyjny na JWST, aby przyjrzeć się podobnym obiektom z pyłowymi dyskami. Celem tych obserwacji jest zbadanie możliwości tworzenia mini-układów planetarnych, które przypominałyby liczne księżyce Jowisza i Saturna.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- In six new rogue worlds, Webb Telescope finds more star birth clues
- The JWST/NIRISS Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets
Źródło: Johns Hopkins University
Na ilustracji: Nowa mozaika szerokiego pola widzenia z przeglądu spektroskopowego mgławicy NGC1333 za pomocą JWST z trzema nowo odkrytymi swobodnie poruszającymi się obiektami o masie planetarnej oznaczonymi zielonymi znacznikami. Źródło: ESA/WEBB, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana
