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 „The Astronomical Journal” zespół naukowców kierowany przez Namana Bajaja z Uniwersytetu Arizony, w tym dr Uma Gorti z Instytutu SETI, zaprezentował pierwsze zobrazowanie wiatrów 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 w wyniku tego procesu skróceniu ulega 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 tego typu wykrytą w dysku protoplanetarnym. Obrazy [Ne II] pokazują, że wiatr pochodzi z rozległego obszaru dysku. Badacze są również zainteresowani 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.
Doktor Uma Gorti z Instytutu SETI od dziesięcioleci prowadzi badania nad rozpraszaniem dysków i wraz z kolegą przewidziała silną emisję argonu, którą wykrył JWST. Jestem podekscytowana, że w końcu będzie mogła rozwikłać warunki fizyczne panujące w wietrze, aby zrozumieć, w jaki sposób się on uruchamia – powiedziała.
Układy planetarne, takie jak nasz Układ Słoneczny, wydają się zawierać więcej obiektów skalistych niż bogatych w gaz – ciałami skalistymi krążącymi wokół naszego Słońca są planety wewnętrzne, pas planetoid i pas Kuipera. Jednak naukowcy od dawna wiedzą, że dyski protoplanetarne zaczynają się tworzyć przy 100 razy większej masie 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 zderzają się one 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 opisała symulacje rozpraszania napędzanego przez fotony gwiazdowe, których dokonywano, 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. Doktor Andrew Sellek z Leiden Observatory opisał, jak jednoczesny pomiar wszystkich czterech linii przez JWST okazał się kluczowy dla ustalenia właściwości wiatru i pomógł 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 zidentyfikowano ją jako znacznik wiatrów przez prowadzącego projekt prof. Pascucciego na Uniwersytecie Arizony; przekierowało to uwagę badaczy na rozpraszanie 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 za pomocą VLT – powiedział prof. Richard Alexander z University of Leicester School of Physics and Astronomy w Wielkiej Brytanii. Wiele się nauczyliśmy, jednak obserwacje te 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 wcześniej nie wydawało mi się możliwe. Wraz z kolejnymi obserwacjami JWST pozwoli nam zrozumieć młode układy planetarne jak nigdy dotąd.
Zespół odkrył ponadto, że wewnętrzny dysk T Cha ewoluuje w bardzo krótkich skalach czasowych rzędu dziesięcioleci. Zaobserwowali, że widmo T Cha obserwowane za pomocą JWST różni się od wcześniejszego widma zarejestrowanego przy użyciu 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. Być może będziemy świadkami rozproszenia całej masy pyłu w wewnętrznym dysku T Cha w ciągu naszego życia –deklaruje Chengyan.
Konsekwencje tych odkryć oferują nowy wgląd w złożone interakcje, które prowadzą do rozproszenia gazu i pyłu, kluczowego 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
