Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), οι αστρονόμοι αναζητούν πλανήτες που σχηματίζονται αυτήν τη στιγμή γύρω από νεαρά αστέρια. Το ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο παρέδωσε τα αγαθά γρήγορα, αν και με απροσδόκητο τρόπο.
Αυτοί οι νεαροί πλανήτες παίρνουν σχήμα σε στροβιλιζόμενες συστάδες αερίου και σκόνης που ονομάζονται πρωτοπλανητικοί δίσκοι, συσσωρεύοντας όλο και περισσότερη μάζα καθώς προχωρούν. Η ανθρωπότητα έχει απεικονίσει πολλούς από αυτούς τους πρωτοπλανητικούς δίσκους, αλλά οι αστρονόμοι έχουν δει μόνο μερικές φορές τους πλανήτες που σχηματίζονται μέσα τους.
Τώρα μια ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και το Πανεπιστήμιο της Βικτώριας έχει ενσωματώσει τη δύναμη των ευαίσθητων υπέρυθρων οργάνων του JWST σε αυτή την προσπάθεια. Η ομάδα χρησιμοποίησε το μεγάλο εύρος για να παρατηρήσει τους πρωτοπλανητικούς δίσκους HL Tau, SAO 206462 και MWC 758, προσθέτοντας παρατηρήσεις στα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και τη Συστοιχία Μεγάλου Χιλιοστόμετρου Atacama (ALMA) με την ελπίδα να ανιχνεύσει τον σχηματισμό ενός πλανητών Discover. .
Η μελέτη αποκάλυψε επίσης απαρατήρητες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτοπλανητικών δίσκων και των περιβλημάτων αερίου πιο κοντά στα αστέρια που βρίσκονται στην καρδιά αυτών των δίσκων.
Σχετίζεται με: Ο δίσκος ενός αστεριού που σχηματίζει πλανήτες περιέχει τρεις φορές περισσότερο νερό από όλους τους ωκεανούς της Γης
“Βασικά, σε κάθε δίσκο που παρατηρήσαμε με αρκετά υψηλή ανάλυση και ευαισθησία, είδαμε μεγάλες δομές όπως κενά, δακτυλίους και, στην περίπτωση του SAO 206462, σπείρες”, δήλωσε το μέλος της ομάδας και αστρονόμος του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν Gabriele Cugno σε δήλωση . «Οι περισσότερες, αν όχι όλες, από αυτές τις δομές μπορούν να εξηγηθούν από το σχηματισμό πλανητών που αλληλεπιδρούν με το υλικό του δίσκου, αλλά υπάρχουν και άλλες εξηγήσεις που δεν υπονοούν την παρουσία γιγάντιων πλανητών».
«Εάν τελικά καταφέρουμε να δούμε αυτούς τους πλανήτες, θα μπορέσουμε να συσχετίσουμε μερικές από τις δομές με συντρόφους σχηματισμού και να συνδέσουμε τις διαδικασίες σχηματισμού με τις ιδιότητες άλλων συστημάτων σε πολύ μεταγενέστερα στάδια. Μπορούμε επιτέλους να συνδέσουμε τις τελείες και να καταλάβουμε πώς εξελίσσονται συνολικά οι πλανήτες και τα πλανητικά συστήματα».
Βρίσκοντας έναν απροσδόκητο πλανήτη
Ο Cugno οδήγησε μια έρευνα JWST του πρωτοπλανητικού δίσκου γύρω από τον πρωτοάστρο SAO 206462. Ένα πρωτοάστρο είναι ένα αστρικό σώμα που δεν έχει ακόμη συγκεντρώσει αρκετή μάζα για να πυροδοτήσει τη σύντηξη υδρογόνου-ηλίου στον πυρήνα του, τη διαδικασία που ορίζει ένα πλήρες κύριο ακολουθία αστέρι σαν τον ήλιο.
Στον πρωτοπλανητικό δίσκο γύρω από το SAO 206462, η ομάδα εντόπισε σήματα σχηματισμού πλανήτη, αλλά με μια συστροφή: Δεν ήταν ο πλανήτης που περίμεναν.
«Διάφορες προσομοιώσεις υποδηλώνουν ότι ο πλανήτης πρέπει να είναι μέσα στο δίσκο, τεράστιος, μεγάλος, ζεστός και φωτεινός, αλλά δεν τον βρήκαμε. Αυτό σημαίνει ότι ο πλανήτης είναι είτε πολύ πιο κρύος από ό,τι πιστεύουμε, είτε θα μπορούσε να καλύπτεται από κάποιο είδος ύλης. «Αυτό μας εμποδίζει να τον δούμε», συνέχισε ο Cugno. «Αυτό που βρήκαμε είναι ένας άλλος υποψήφιος πλανήτης, αλλά δεν μπορούμε να πούμε με 100% βεβαιότητα αν πρόκειται για έναν πλανήτη ή ένα αχνό αστέρι ή γαλαξία που μολύνει την εικόνα μας».
«Οι μελλοντικές παρατηρήσεις θα μας βοηθήσουν να καταλάβουμε τι ακριβώς βλέπουμε».
Δεν είναι η πρώτη φορά που η πινακίδα του SAO 206462 έρχεται στο επίκεντρο. Το Hubble, το Alma και το Very Large Telescope (VLT) έχουν μελετήσει όλοι αυτόν τον πρωτοπλανητικό δίσκο. Αυτές οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι αποτελείται από δύο ισχυρές σπείρες.
Αυτές οι σπείρες πιθανότατα δημιουργούνται από έναν πλανήτη που σχηματίζεται. Ωστόσο, πριν χρησιμοποιήσει το JWST για την αναζήτηση αυτού του πλανήτη, η ομάδα περίμενε να δει έναν αέριο γίγαντα πλανήτη κατασκευασμένο κυρίως από ήλιο, όπως ο Κρόνος ή ο Δίας.
«Το πρόβλημα είναι ότι ό,τι προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε είναι εκατοντάδες χιλιάδες, αν όχι εκατομμύρια, φορές πιο αχνό από το αστέρι», είπε ο Cugno. «Είναι σαν να προσπαθείς να εντοπίσεις μια μικρή λάμπα δίπλα σε έναν φάρο».
Χρησιμοποιώντας την κάμερα εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIRCam) του JWST, ο Cugno και οι συνεργάτες του μπόρεσαν να διεισδύσουν βαθύτερα στον δίσκο του SAO 206462 και να ανιχνεύσουν τη θερμική ενέργεια του πλανήτη, μερική από την οποία απελευθερώνεται όταν πέφτει υλικό πάνω του με υψηλές ταχύτητες.
«Όταν υλικό πέφτει στον πλανήτη, τινάζεται την επιφάνεια και εκπέμπει μια γραμμή εκπομπής σε συγκεκριμένα μήκη κύματος», είπε ο Cugno. «Χρησιμοποιούμε μια σειρά από φίλτρα στενής ζώνης για να ανιχνεύσουμε αυτή τη συσσώρευση. Αυτό έχει ήδη γίνει από το έδαφος σε οπτικά μήκη κύματος, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που γίνεται χρησιμοποιώντας JWST στο υπέρυθρο.»
Αυτό υποδηλώνει ότι ο πλανήτης ήταν περίπου 300 φορές μεγαλύτερη από την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου από τον κεντρικό πρωτοάστρο. Οι γίγαντες αερίου σχηματίζονται συνήθως πολύ πιο κοντά στα άστρα τους, με μερικούς να μεταναστεύουν προς τα έξω μετά τη διάλυση του πρωτοπλανητικού δίσκου.
Τα αποτελέσματα του NIRCam απέκλεισαν ένα αντικείμενο στο δίσκο με μάζα μεγαλύτερη από 2,2 φορές τη μάζα του Δία. Ο Cugno και οι συνεργάτες του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι εάν ένας γίγαντας αερίου χαράξει τις τακτοποιημένες σπείρες του πρωτοπλανητικού δίσκου του SAO 206462, πρέπει να είναι πολύ κρύο.
Σχετίζεται με: Εξωπλανήτες: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τους κόσμους έξω από το ηλιακό μας σύστημα
Το νεότερο αστέρι έχει ό,τι χρειάζεται για να σχηματίσει πλανήτες
Καθώς ο Cugno και οι συνεργάτες του μελετούσαν τον δίσκο γύρω από το SAO 206462, ο Camryn Mullin, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Βικτώριας, χρησιμοποίησε το JWST για να μελετήσει το αστέρι HL Tauri (HL Tau). Αυτό είναι ένα βρέφος που βρίσκεται περίπου 450 έτη φωτός από τη Γη και έχει επίσης εξεταστεί από πολυάριθμα τηλεσκόπια.
Με εκτιμώμενη ηλικία που δεν ξεπερνά το 1 εκατομμύριο χρόνια (σε σύγκριση με τον μεσήλικα Ήλιο μας, ηλικίας 4,6 δισεκατομμυρίων ετών), το HL Tau είναι το νεότερο αστέρι στην έρευνα JWST για τον πρωτοπλανητικό δίσκο.
«Το HL Tau είναι το νεότερο σύστημα στη μελέτη μας και εξακολουθεί να περιβάλλεται από μια πυκνή εισροή σκόνης και αερίου που πέφτει στο δίσκο», είπε ο Mullin. «Μείναμε έκπληκτοι με το επίπεδο λεπτομέρειας στο οποίο μπορέσαμε να δούμε αυτό το περιβάλλον υλικό με το JWST, αλλά δυστυχώς κρύβει τυχόν σήματα από πιθανούς πλανήτες».
Ο δίσκος του HL Tau είναι γνωστό ότι έχει μια σειρά από κενά και δακτυλίους μεγέθους ηλιακού συστήματος που θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν πλανήτες. Αλλά λόγω της πυκνότητας σκόνης του δίσκου και της νεότητας του συστήματος, είναι απίθανο ακόμη και το JWST να δει απευθείας πλανήτες γύρω από το HL Tau.
Η ομάδα μπόρεσε να χρησιμοποιήσει το JWST για να διακρίνει ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται πρωτοαστρικός φάκελος. Αυτό αντιπροσωπεύει την πυκνή εισροή σκόνης και αερίου που αρχίζει να συνενώνεται γύρω από το HL Tau. Αυτή η πρώτη ύλη ρέει από το διαστρικό μέσο, το αέριο και τη σκόνη που υπάρχουν ανάμεσα στα αστέρια, στο αστέρι και τον δίσκο του και τελικά θα χρησιμεύσει ως πρώτη ύλη για τη γέννηση των πλανητών.
Το κυνήγι των αναδυόμενων πλανητών συνεχίζεται!
Ο Kevin Wagner, μέλος της NASA Hubble/Sagan στο Παρατηρητήριο Steward του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, χρησιμοποίησε το JWST για να μελετήσει τον πρωτοπλανητικό δίσκο του MWC 758. Αυτός είναι ένας άλλος πρωτοπλανητικός δίσκος με σπειροειδείς βραχίονες που θα μπορούσε να υποδεικνύει την παρουσία ενός τεράστιου πλανήτη.
Αυτός ο πιθανός πλανήτης και όλοι οι άλλοι δεν εμφανίστηκαν στη μελέτη της ομάδας, αλλά η ευαισθησία και η ισχύς του JWST τους επέτρεψαν να θέτουν περιορισμούς σε όλους τους πιθανούς σχηματιζόμενους πλανήτες μέσα σε αυτόν τον πρωτοπλανητικό δίσκο. Αυτό περιλάμβανε τον αποκλεισμό της πιθανότητας οι πλανήτες να βρίσκονται στην άκρη του δίσκου, πολύ μακριά από το αστέρι MWC 758.
«Η έλλειψη πλανητών που ανακαλύφθηκαν και στα τρία συστήματα μας λέει ότι οι πλανήτες που προκαλούν τα κενά και τους σπειροειδείς βραχίονες είναι είτε πολύ κοντά στα αστέρια που τους φιλοξενούν είτε είναι πολύ αμυδρά για να φαίνονται με το JWST», είπε ο Βάγκνερ. «Αν ισχύει το τελευταίο, αυτό μας λέει ότι έχουν σχετικά χαμηλή μάζα, χαμηλή θερμοκρασία, καλύπτονται από σκόνη ή συνδυασμό των τριών – όπως είναι πιθανό να συμβαίνει με το MWC 758».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει νερό και μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός «θερμού Δία»
– Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb διεισδύει στη σκόνη για να βρει έναν αρχαίο γαλαξία φάντασμα
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb κοιτάζει σε έναν γαλαξιακό κήπο με εκκολαπτόμενα αστέρια (εικόνα)
Μελέτες όπως αυτή για το σχηματισμό πλανητών γύρω από νεαρά αστέρια είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του τρόπου κατανομής των υλικών στα νεαρά συστήματα και του τρόπου με τον οποίο σχηματίστηκαν ώριμα συγκροτήματα όπως το ηλιακό σύστημα, είπαν οι ερευνητές.
«Μόνο περίπου το 15% των άστρων όπως ο Ήλιος έχουν πλανήτες όπως ο Δίας. «Είναι πραγματικά σημαντικό να κατανοήσουμε πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται και να τελειοποιήσουμε τις θεωρίες μας», δήλωσε το μέλος της ομάδας και αστρονόμος του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν Μάικλ Μάγιερ. «Μερικοί αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτοί οι αέριοι γίγαντες πλανήτες ρυθμίζουν την παροχή νερού σε βραχώδεις πλανήτες που σχηματίζονται μέσα στους δίσκους».
Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη θα μπορούσε τελικά να είναι κρίσιμη για την κατανόηση του πώς σχηματίστηκε η Γη και πώς ήταν σε θέση να υποστηρίξει τη ζωή.
Η έρευνα της ομάδας συζητείται σε τρεις εργασίες που δημοσιεύθηκαν την περασμένη εβδομάδα στο The Astronomical Journal.