Odkrywa tajemnice skalistej planety na kosmicznych krańcach

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zaobserwowali obecność wody i cząsteczek niezbędnych do powstawania planet skalistych w silnie napromieniowanym obszarze Mgławicy Rak. To odkrycie, stanowiące część programu XUE, poszerza znane środowiska, w których mogą powstawać planety skaliste, podważając wcześniejsze przekonania i dostarczając nowego spojrzenia na różnorodność egzoplanet.

Astronomowie znajdują grupę cząsteczek wchodzących w skład elementów składowych planet skalistych.

Kosmos to trudne środowisko, ale niektóre obszary są trudniejsze niż inne. W obszarze gwiazdotwórczym, znanym jako Mgławica Rak, znajdują się jedne z najbardziej masywnych gwiazd w naszej galaktyce. Masywne gwiazdy są gorętsze i dlatego emitują większą ilość promieniowania ultrafioletowego. To światło ultrafioletowe obmywa dyski tworzące planety wokół pobliskich gwiazd. Astronomowie spodziewają się, że promieniowanie ultrafioletowe rozbije wiele cząsteczek chemicznych. Jednakże, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Odkryj różnorodne cząsteczki w jednym z tych dysków, w tym wodę, tlenek węgla, dwutlenek węgla, cyjanowodór i acetylen. Takie cząsteczki należą do elementów budulcowych planet skalistych.

To artystyczna wizja młodej gwiazdy otoczonej dyskiem protoplanetarnym, w którym powstają planety. Źródło: Esso

Kosmiczny Teleskop Webba ujawnia, że ​​planety skaliste mogą powstawać w ekstremalnych środowiskach

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do przeprowadzenia pierwszych obserwacji wody i innych cząsteczek w skalistych, silnie napromieniowanych wnętrzach planet w jednym z najbardziej ekstremalnych środowisk w naszej galaktyce. Wyniki te sugerują, że warunki powstawania planet skalistych mogą występować w szerszym zakresie możliwych środowisk, niż wcześniej sądzono.

Pierwsze wyniki z programu XUE

Oto pierwsze wyniki uzyskane przez kosmiczny teleskop Jamesa Webba Extreme Ultraviolet (XUE), który koncentruje się na charakteryzowaniu dysków tworzących planety (ogromnych, wirujących obłoków gazu, pyłu i kawałków skał, w których powstają i ewoluują planety) w masywnych gwiazdach – tworzące się regiony. Regiony te prawdopodobnie reprezentują środowisko, w którym powstała większość układów planetarnych. Zrozumienie wpływu środowiska na powstawanie planet jest dla naukowców ważne, ponieważ pozwala uzyskać wgląd w różnorodność różnych typów egzoplanet.

Badanie Mgławicy Rak

Program XUE skupia się na łącznie 15 dyskach w trzech obszarach Mgławicy Rak (znanej również jako NGC 6357), dużej mgławicy emisyjnej znajdującej się około 5500 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Skorpiona. Mgławica Rak to jeden z najnowszych i najbliższych masywnych kompleksów gwiazdotwórczych, w którym znajdują się jedne z najbardziej masywnych gwiazd w naszej galaktyce. Masywne gwiazdy są gorętsze i dlatego emitują więcej promieniowania ultrafioletowego. Może to rozproszyć gaz, sprawiając, że oczekiwana żywotność dysku będzie wynosić zaledwie milion lat. Dzięki Webbowi astronomowie mogą teraz badać wpływ promieniowania ultrafioletowego na wewnętrzne obszary dysków protoplanetarnych wokół gwiazd takich jak nasze Słońce, w których powstają planety.

Unikalne możliwości sieciowe

„Webb to jedyny teleskop o rozdzielczości przestrzennej i czułości umożliwiającej badanie dysków planetotwórczych w obszarach powstawania masywnych gwiazd” – powiedziała liderka zespołu Maria Claudia Ramírez Tanos z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Niemczech.

Celem astronomów jest scharakteryzowanie właściwości fizycznych i składu chemicznego obszarów skalistych dysków planetotwórczych w Mgławicy Rak za pomocą spektrometrów średniej rozdzielczości na instrumencie średniej podczerwieni (MIRI) Webba. Ten pierwszy wynik skupia się na dysku protoplanetarnym zwanym XUE 1, który znajduje się w gromadzie gwiazd Pismis 24.

„Tylko zakres długości fal MIRI i rozdzielczość widmowa pozwalają nam zbadać inwentarz molekularny i warunki fizyczne ciepłego gazu i pyłu, w którym powstają planety skaliste” – dodał członek zespołu Arjan Beck z Uniwersytetu w Sztokholmie w Szwecji.

Biorąc pod uwagę jej położenie w pobliżu kilku masywnych gwiazd NGC 6357, naukowcy spodziewają się, że XUE 1 przez całe swoje życie była stale wystawiona na działanie dużych ilości promieniowania ultrafioletowego. Jednak w tym ekstremalnym środowisku zespół nadal odkrył grupę cząsteczek tworzących elementy składowe planet ziemskich.

„Odkryliśmy, że wewnętrzny dysk wokół XUE 1 jest niezwykle podobny do tych występujących w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych” – powiedział członek zespołu Reins Waters z Uniwersytetu Radboud w Holandii. „Wykryliśmy wodę i inne cząsteczki, takie jak tlenek węgla, dwutlenek węgla, cyjanowodór i acetylen. Jednak znalezione emisje były słabsze, niż przewidywały niektóre modele. Może to oznaczać mały promień zewnętrzny dysku.”

Lars Kuijpers z Uniwersytetu Radboud dodał: „Byliśmy zaskoczeni i podekscytowani, ponieważ po raz pierwszy wykryto te cząsteczki w tak ekstremalnych warunkach”. Zespół odkrył także mały, częściowo skrystalizowany pył krzemianowy na powierzchni dysku. Uważa się je za elementy składowe planet skalistych.

Implikacje dla powstawania planet skalistych

Wyniki te to dobra wiadomość dla powstawania planet skalistych, ponieważ zespół naukowy odkrył, że warunki panujące na dysku wewnętrznym są podobne do warunków panujących w dobrze zbadanych dyskach znajdujących się w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych, gdzie powstają jedynie gwiazdy o małej masie. Sugeruje to, że planety skaliste mogą powstawać w znacznie szerszym zakresie środowisk, niż wcześniej sądzono.

Zespół wskazuje, że pozostałe obserwacje z programu XUE mają kluczowe znaczenie dla zidentyfikowania podobieństw między tymi warunkami.

„XUE 1 pokazuje nam, że istnieją warunki niezbędne do powstania planet skalistych, więc następnym krokiem jest sprawdzenie, jak powszechne jest to zjawisko” – mówi Ramirez-Taños. „Będziemy monitorować inne dyski w tym samym obszarze, aby określić częstotliwość, z jaką można zaobserwować te warunki”.

Wyniki te zostały opublikowane w the Dziennik astrofizyczny.

Odniesienie: „XUE: Inwentarz molekularny w wewnętrznym regionie wysoce napromieniowanego dysku protoplanetarnego” autorstwa Maríi Claudii Ramírez-Taños, Arjana Becka, Larsa Kuijpersa, Reinsa Watersa, Christiana Goebela, Thomasa Henninga, Ingi Kamp, Thomasa Prebischa, Konstantina F. Getman, Germán Chaparro, Pablo Cuartas-Restrepo, Alex D. Cotter, Eric D. Vigilson, Sierra L. Grant, Thomas J. Elena Sabbi, Benoit Taboni, Andrew J. Zima, Anna F. McLeoda, Roya van Bokela i Circus E. Van Terwisja, 30 listopada 2023 r., the Listy do dzienników astrofizycznych.
doi: 10.3847/2041-8213/ad03f8

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to program prowadzony na szczeblu międzynarodowym NASA Wraz ze swoimi partnerami Europejska Agencja Kosmiczna (ESA)Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.