Svemirski teleskop James Webb (JWST) omogućio je znanstvenicima da prodube razumijevanje procesa formiranja planeta, pružajući nova saznanja o mjestima njihova nastanka i circumstelarnim diskovima koji okružuju mlade zvijezde. U studiji objavljenoj u časopisu The Astronomical Journal, tim znanstvenika predvođen Namanom Bajajem sa Sveučilišta u Arizoni, u kojem sudjeluje i dr. Uma Gorti iz SETI Instituta, dokumentirao je, po prvi put, vjetrove starih diskova koji formiraju planete (koji su, iako stari u odnosu na Sunce, još uvijek u ranoj fazi svog postojanja) koji aktivno raspršuju svoj plin. Disk je bio predmet ranijih snimaka, no vjetrovi s takvih starih diskova dosad nisu bili zabilježeni. Poznavanje trenutka raspršenja plina ključno je jer ograničava razdoblje tijekom kojeg formirajući se planeti mogu akumulirati plin iz svoje okoline.
Istraživanje zvijezde T Cha
U središtu ovog otkrića je promatranje T Chamaeleontis (T Cha), mlade zvijezde (u odnosu na Sunce) koju okružuje erodirajući disk, posebno zanimljiv zbog svoje velike prašinaste praznine, promjera otprilike 30 astronomskih jedinica. Prvi put su astronomi uspjeli snimiti raspršeni plin (odnosno vjetrove) koristeći se četirima linijama plemenitih plinova neon (Ne) i argon (Ar), od kojih je jedn predstavljao prvo takvo otkriće u disku koji formira planete. Snimke [Ne II] pokazuju da vjetar dolazi iz proširenog područja diska.
Znanstveni tim, čiji su svi članovi dio JWST programa pod vodstvom Ilarie Pascucci sa Sveučilišta u Arizoni, također je zainteresiran razumjeti kako se ovaj proces odvija kako bi bolje shvatili povijest i utjecaj na naš sunčev sustav. “Ovi vjetrovi mogli bi biti pokrenuti visokoenergetskim fotonima zvijezde ili magnetskim poljem koje povezuje disk koji formira planete,” objasnio je Bajaj.
Dr. Gorti desetljećima istražuje raspršenje diska i zajedno s kolegom predvidjela je jaku emisiju argona koju je sada detektirao JWST. Znanstvenici su uzbuđeni što mogu razjasniti fizičke uvjete u vjetru kako bi razumjeli kako se oni pokreću. Planetarni sustavi poput našeg sunčevog sustava čini se da obiluju stjenovitim tijelima više nego plinovitima. U našem sunčevom sustavu to uključuje unutarnje planete, asteroidni pojas i Kuiperov pojas. No, znanstvenici su odavno utvrdili da diskovi koji formiraju planete na početku sadrže 100 puta više mase u plinu nego u čvrstom stanju, što postavlja goruće pitanje: Kada i kako većina plina napušta disk/sustav?
Formiranje planetarnih sustava
U ranoj fazi formiranja planetarnog sustava, planeti nastaju u rotirajućem disku plina i sitnih čestica prašine oko mlade zvijezde. Te se čestice grupiraju, formirajući sve veće agregate zvane planetezimali. Kroz vrijeme, ti planetezimali sudaraju se i spajaju, postupno formirajući planete. Vrsta, veličina i lokacija planeta koji se formiraju ovise o količini dostupnog materijala i vremenskom periodu koliko dugo materijal ostaje unutar diska. Dakle, ishod formiranja planeta ovisi o evoluciji i raspršenju diska.
Ista skupina, u drugom radu pod vodstvom dr. Andrewa Selleka s Opservatorija Leiden, provela je simulacije raspršenja pokrenutog zvjezdanim fotonima kako bi razlikovali između dvije hipoteze. Usporedba tih simulacija s aktualnim promatranjima pokazala je da raspršenje pokrenuto visokoenergetskim zvjezdanim fotonima može objasniti promatranja, stoga se ne može isključiti kao mogućnost. Dr. Sellek ističe kako je “istodobno mjerenje sve četiri linije JWST-om bilo ključno za preciziranje svojstava vjetra, što nam je pomoglo dokazati da se značajne količine plina raspršuju.”
Bolje razumijevanje procesa formiranja planeta
Da se stavi u perspektivu, znanstvenici procjenjuju da se količina plina koja se svake godine raspršuje može usporediti s masom Mjeseca. Nadolazeći rad, koji će biti objavljen u časopisu The Astronomical Journal, pružit će detaljniju analizu ovih nalaza. Linija [Ne II] prvi put je identificirana u nekoliko diskova koji formiraju planete 2007. godine pomoću Spitzer svemirskog teleskopa, a profesorica Pascucci sa Sveučilišta u Arizoni ubrzo ju je prepoznala kao indikator vjetrova. Ovaj korak je bio prekretnica u istraživačkim naporima usmjerenim na razumijevanje procesa raspršenja plina u diskovima. Nadalje, otkriće [Ne II] s prostornom razlučivošću i prva detekcija [Ar III] putem JWST-a mogli bi predstavljati značajan napredak u našem shvaćanju ovog fenomena.
“Više od desetljeća unazad, prvi smo puta upotrijebili neon za istraživanje diskova koji formiraju planete, uspoređujući naše računalne simulacije s podacima dobivenim od Spitzera, te s novim promatranjima ostvarenima pomoću ESO VLT-a,” izjavio je profesor Richard Alexander s Fakulteta fizike i astronomije Sveučilišta u Leicesteru. Iako smo mnogo naučili, ta promatranja nisu nam omogućila da kvantificiramo koliko mase diskovi gube. Novi podaci dobiveni JWST-om su izuzetni, a sposobnost vizualizacije vjetrova diska na slikama nešto je što nisam mogao ni zamisliti. S daljnjim promatranjima poput ovih, JWST nam otvara mogućnost razumijevanja mladih planetarnih sustava na načine koji do sada nisu bili mogući
Daljna istraživanja
Osim toga, skupina je otkrila i da se unutarnji disk T Cha razvija na izuzetno kratkim vremenskim skalama, od nekoliko desetljeća; otkrili su da se JWST-ov spektar T Cha razlikuje od ranijeg spektra Spitzera. Prema Chengyanu Xieu sa Sveučilišta u Arizoni, vodećem autoru ovog rada u tijeku, ova razlika može se objasniti malim, asimetričnim unutarnjim diskom koji je izgubio dio svoje mase u samo 17 godina. Uz ostale studije, ovo također ukazuje na to da je disk T Cha na kraju svoje evolucije.
Xie dodaje: “Možda ćemo moći svjedočiti raspršenju sve prašine u unutarnjem disku T Cha tijekom našeg života.” Implikacije ovih nalaza nude nove uvide u složene interakcije koje dovode do raspršenja plina i prašine, ključnih za formiranje planeta. Razumijevanjem mehanizama iza raspršenja diska, znanstvenici mogu bolje predvidjeti vremenske okvire i okoline pogodne za nastanak planeta. Rad ovog tima demonstrira moć JWST-a i otvara nove puteve u istraživanju dinamike formiranja planeta i evolucije circumstelarnih diskova.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
