Korzystając ze spektrometru bliskiej podczerwieni zainstalowanego na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba (JWST), naukowcy potwierdzili możliwość obecności dysków protoplanetarnych wokół brązowych karłów w Wielkiej Mgławicy w Orionie.
Nowonarodzone gwiazdy otoczone są przez dyski gazu i pyłu, w których rodzą się planety; dyski te nazywane są dyskami protoplanetarnymi. W Mgławicy w Orionie najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy emitują intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które oświetla te dyski, umożliwiając ich fotografowanie z niezwykłą szczegółowością. Uderzające obrazy tych oświetlonych promieniowaniem UV dysków protoplanetarnych, zwanych proplydami, były jednym z pierwszych odkryć dokonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) kilkadziesiąt lat temu. Nowe badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców, w tym astronoma z Uniwersytecie Pensylwanii (Penn State), wykorzystały Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), aby ujawnić, że niektóre z proplydów pierwotnie wykrytych przez HST otaczają brązowe karły, które są obiektami podobnymi do gwiazd, ale zbyt małymi i chłodnymi, aby ulec fuzji wodoru. Nowe wyniki uzyskane za pomocą JWST pomogą astronomom lepiej zrozumieć sposób formowania się brązowych karłów, ich związek z gwiazdami i planetami oraz to, czy mogą one posiadać własne planety.
Artykuł opisujący obserwacje został zaakceptowany do publikacji w „Astrophysical Journal” i jest dostępny online jako preprint.
Gwiazdy rodzą się w ogromnych obłokach gazu i pyłu w przestrzeni kosmicznej, które mogą mieć rozmiary lat świetlnych i nazywane są mgławicami – powiedział Kevin Luhman, profesor astronomii i astrofizyki w Eberly College of Science w Penn State i lider zespołu badawczego. Przez dziesięciolecia astronomowie podejrzewali, że wkrótce po tym, jak gwiazda łączy się w mgławicy, planety rodzą się w jej dysku protoplanetarnym.
Niedługo po wystrzeleniu w 1990 roku HST ujawnił jedne z najważniejszych bezpośrednich zdjęć dysków protoplanetarnych poprzez obserwację Mgławicy w Orionie. Mgławica ta zawiera około 2000 nowonarodzonych gwiazd i jest jedną z najbliższych mgławic gwiazdotwórczych, oddaloną o 1300 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
Niektóre obiekty zrodzone w mgławicach takich jak ta w Orionie mają zbyt małą masę, aby mogły ulec syntezie wodoru, więc są chłodne i słabe, i nie kwalifikują się jako pełnoprawne gwiazdy – powiedziała Catarina Alves de Oliveira, szefowa Działu Rozwoju Operacji Naukowych w Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i liderka zespołu badawczego. Te podobne do gwiazd ciała niebieskie, w których brakuje syntezy jądrowej, znane są jako brązowe karły. Pytanie brzmi, czy możemy znaleźć proplydy wokół któregokolwiek z brązowych karłów w Orionie?
Wkrótce po odkryciu brązowych karłów w połowie lat dziewięćdziesiątych astronomowie zaczęli zastanawiać się, czy one również mogą posiadać dyski protoplanetarne. Niektóre z dysków wykrytych przez HST w tamtej dekadzie zdawały się znajdować wokół obiektów wystarczająco słabych, aby mogły być brązowymi karłami, ale brakowało pomiarów potrzebnych do potwierdzenia, że mają one niską temperaturę, charakterystyczną dla brązowych karłów. Do takich pomiarów potrzebny był bardziej czuły teleskop na podczerwień.
Wystrzelony w grudniu 2021 roku JWST jest najpotężniejszym jak dotąd teleskopem podczerwonym, co czyni go doskonale przystosowanym do pomiaru temperatury słabych obiektów w Mgławicy w Orionie, które mogą być brązowymi karłami, w tym najsłabszych proplydów, sfotografowanych przez HST 30 lat temu.
Zespół astronomów przeprowadził pomiary spektroskopii w podczerwieni na niewielkiej próbce kandydatów na brązowe karły w Orionie przy użyciu spektrografu JWST w bliskiej podczerwieni. Dane te potwierdziły, że 20 obiektów jest wystarczająco chłodnych, aby być brązowymi karłami, a najmniejsze z nich mogą mieć masę zaledwie 0,5% masy Słońca, czyli pięć mas Jowisza. Dwa dodatkowe obiekty są bliskie minimalnej masy dla fuzji – 7,5% masy Słońca – nie jest zatem jasne, czy są to małe gwiazdy, czy duże brązowe karły. Próbka nowych brązowych karłów obejmuje dwa słabe proplydy wykryte przez HST w latach dziewięćdziesiątych, co czyni je dwoma najchłodniejszymi i najmniej masywnymi proplydami znalezionymi do tej pory.
Nowe obserwacje za pomocą JWST zaledwie musnęły problem – powiedział Luhman. Mgławica zawiera kilkaset słabych obiektów mogących być brązowymi karłami, które są gotowe do badania metodą spektroskopii przez JWST. Przyszłe obserwacje Oriona za pomocą JWST mogą potencjalnie znaleźć znacznie więcej przykładów proplydów wokół brązowych karłów i określić najmniejszą masę, przy której istnieją brązowe karły. Informacje te pomogą nam wypełnić luki w naszej wiedzy na temat formowania się brązowych karłów i ich związku z gwiazdami i planetami.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA telescopes discover brown dwarf protoplanetary disks in the Orion Nebula
- JWST/NIRSpec Observations of Brown Dwarfs in the Orion Nebula Cluster
Źródło: PSU
Na ilustracji: Obraz w podczerwieni przedstawiający centrum Wielkiej Mgławicy w Orionie, wykonany instrumentem NIRCam na Teleskopie Kosmicznym Jamesa Webba (JWST). Źródło: ASA/ESA/CSA, Mark McCaughrean/ESA, Massimo Robberto/STScI/JHU, Kevin Luhman/Penn State, Catarina Alves de Oliveira/ESA
