Astronomowie wykorzystują dane z Teleskopu Webba i modelowanie teoretyczne do badania odległego, napromieniowanego dysku protoplanetarnego.
Podstawowe elementy składowe formowania się planet mogą istnieć nawet w środowisku o ekstremalnym promieniowaniu ultrafioletowym, zgodnie z nowymi badaniami międzynarodowej współpracy kierowanej przez astronomów z Penn State. W badaniach wykorzystano niezrównane możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i zaawansowane modelowanie termochemiczne w celu zbadania dysku protoplanetarnego - pyłu i gazu otaczającego nową gwiazdę, który może ostatecznie dać początek planetom i innym ciałom niebieskim - w jednym z najbardziej ekstremalnych środowisk w galaktyce.
Artykuł opisujący badania ukazał się 20 maja 2025 roku w The Astrophysical Journal.
Astronomowie od dawna starają się zrozumieć, w jaki sposób planety tworzą się w wirujących dyskach gazu i pyłu, które otaczają młode gwiazdy – powiedział Bayron Portilla-Revelo, astronom i astrofizyk w Eberly College of Science w Penn State i główny autor artykułu. Struktury te – określane jako dyski protoplanetarne – są miejscem narodzin układów pozasłonecznych, takich jak nasz własny Układ Słoneczny, który uformował się 4,5 miliarda lat temu. Dyski protoplanetarne często tworzą się w pobliżu masywnych gwiazd, które emitują znaczne ilości promieniowania UV, potencjalnie zakłócając dyski i wpływając na ich zdolność do formowania planet. Chociaż poczyniono znaczne postępy w badaniu dysków protoplanetarnych w pobliskich regionach gwiazdotwórczych, regionom tym brakuje intensywnego promieniowania UV obecnego w bardziej masywnych i powszechnych gwiezdnych żłobkach.
Promieniowanie UV odnosi się do niewidzialnego światła o większej energii niż światło widzialne. Na Ziemi może ono uszkadzać komórki, od łagodnych oparzeń słonecznych po raka skóry. W przestrzeni kosmicznej, bez filtrów atmosferycznych planety, promieniowanie UV jest znacznie bardziej intensywne. Przedmiotem badań była młoda gwiazda o masie słonecznej znana jako XUE 1, znajdująca się około 5500 lat świetlnych od naszego Słońca, w regionie zwanym Mgławicą Homar, znanym również jako NGC 6357. Region ten jest znany z tego, że zawiera ponad 20 masywnych gwiazd, z których dwie są jednymi z najmasywniejszych znanych w naszej Galaktyce i emitują ekstremalne promieniowanie UV. W tym samym regionie zespół zaobserwował tuzin młodych gwiazd o niższej masie z dyskami protoplanetarnymi poddanymi intensywnemu promieniowaniu UV.
Łącząc obserwacje JWST z zaawansowanymi modelami astrochemicznymi, naukowcy zidentyfikowali skład drobnych ziaren pyłu w dysku protoplanetarnym wokół XUE 1, które ostatecznie rosną, tworząc planety skaliste. Stwierdzili, że dysk zawiera wystarczającą ilość starego materiału, aby potencjalnie uformować co najmniej 10 planet, każda o masie porównywalnej z Merkurym. Autorzy określili również rozkład przestrzenny w dysku różnych wcześniej wykrytych cząsteczek, w tym pary wodnej, tlenku węgla, dwutlenku węgla, cyjanowodoru i acetylenu.
Oczekuje się, że cząsteczki te przyczyniają się do tworzenia atmosfery powstających planet – powiedział Konstantin Getman, profesor na Wydziale Astronomii i Astrofizyki w Penn State i współautor artykułu. Wykrycie takich rezerwuarów pyłu i gazu sugeruje, że podstawowe elementy składowe formowania się planet mogą istnieć nawet w środowiskach o ekstremalnym promieniowaniu ultrafioletowym.
Co więcej, na podstawie braku pewnych cząsteczek, które służą jako znaczniki promieniowania UV w świetle wykrytym przez JWST, zespół wywnioskował, że dysk protoplanetarny jest zwarty i pozbawiony gazu na jego obrzeżach. Rozciąga się tylko na około 10 jednostek astronomicznych od gwiazdy macierzystej, mniej więcej na odległość taką, jak Saturn od Słońca. Według zespołu badawczego zawartość ta jest prawdopodobnie wynikiem erozji zewnętrznych obszarów dysku przez zewnętrzne promieniowanie UV.
Odkrycia te potwierdzają koncepcję, że planety tworzą się wokół gwiazd nawet wtedy, gdy dysk macierzysty jest narażony na silne promieniowanie zewnętrzne – powiedział Eric Feigelson, wybitny starszy naukowiec i profesor astronomii i astrofizyki oraz statystyki w Penn State. Pomaga to wyjaśnić, dlaczego astronomowie odkrywają, że układy planetarne są bardzo powszechne wokół innych gwiazd.
Badania XUE 1 stanowią kluczowy krok w zrozumieniu wpływu promieniowania zewnętrznego na dyski protoplanetarne, stwierdzili naukowcy. Stanowi ono podstawę dla przyszłych kampanii obserwacyjnych z wykorzystaniem zarówno kosmicznych, jak i naziemnych teleskopów, mających na celu stworzenie bardziej kompleksowego obrazu formowania się planet w różnych środowiskach kosmicznych. Według Portilla-Revelo, badania te podkreślają transformacyjne możliwości obserwatorium satelitarnego JWST w badaniu zawiłości formowania się planet i podkreślają odporność dysków protoplanetarnych w obliczu ogromnych wyzwań środowiskowych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Unveiling the secrets of planet formation in environments of high UV radiation
- XUE: Thermochemical Modeling Suggests a Compact and Gas-depleted Structure for a Distant, Irradiated Protoplanetary Disk
Źródło: PSU
Na ilustracji: Wizja artystyczna ogromnego regionu formowania się gwiazd w mgławicy NGC 6357, z dyskiem protoplanetarnym XUE1 na pierwszym planie. Źródło: Maria Cristina Fortuna. Wszelkie prawa zastrzeżone
