Galaktyczne wiatry zmian uchwycone przez Kosmiczny Teleskop Webba

Naukowcy po raz pierwszy sfotografowali wiatr pochodzący ze starożytnego dysku planetarnego, rozpraszający zawarty w nim gaz.

the Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba JWST pomaga naukowcom odkryć, w jaki sposób powstają planety, pogłębiając wiedzę na temat miejsc ich narodzin i dysków okołogwiazdowych otaczających młode gwiazdy. W artykule opublikowanym w Magazyn astronomiczny, zespół naukowców kierowany przez Namana Bajaja z Uniwersytetu w Arizonie, w tym dr Umę Gorti z Instytutu SETI, sfotografowany po raz pierwszy, wiatr ze starożytnego dysku tworzącego planety (wciąż bardzo młody w stosunku do Słońca) aktywnie się rozprasza jego zawartość gazu. Dysk sfotografowano już wcześniej, a wiatru nie sfotografowano na starszych dyskach. Wiedza o tym, kiedy gaz się rozprzestrzenia, jest ważna, ponieważ ogranicza czas pozostały wschodzącym planetom na zużycie gazu z otoczenia.

Spostrzeżenia ze zerodowanego dysku TCha

Sercem tego odkrycia jest obserwacja TCha, młodej (w stosunku do Słońca) gwiazdy otoczonej przez erodujący dysk charakteryzujący się szeroką szczeliną pyłową o promieniu około 30 jednostek astronomicznych. Po raz pierwszy astronomowie zobrazowali rozproszony gaz (znany również jako wiatr) za pomocą czterech linii gazów szlachetnych: neonu (Ne) i argonu (Ar), z których jedna jest pierwszą detekcją w dysku tworzącym planety. zdjęcie [Ne II] Okazuje się, że wiatr pochodzi z rozszerzonego obszaru dysku. Zespół, składający się z wszystkich członków programu JWST prowadzonego przez Ilarię Pascucci (Uniwersytet w Arizonie), jest również zainteresowany poznaniem przebiegu tego procesu, aby lepiej zrozumieć historię i wpływ na nasz Układ Słoneczny.

„Wiatry te mogą być napędzane albo przez wysokoenergetyczne fotony gwiazdowe (światło gwiazd), albo przez pole magnetyczne tkające dysk tworzący planetę” – powiedział Naman.

Uma Gorti z Instytutu SETI od dziesięcioleci bada rozpraszanie dysków i wraz ze swoim kolegą przewidziała potężną emisję argonu, wykrywaną obecnie przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Jest „podekscytowana, że ​​w końcu będzie mogła rozdzielić warunki fizyczne na wietrze i zrozumieć, jak je wystrzelić”.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) to zaawansowane obserwatorium astronomiczne zaprojektowane w celu odkrywania tajemnic wszechświata, od powstawania galaktyk, gwiazd i planet po wykrywanie potencjalnych oznak życia na egzoplanetach. Wystrzelony w grudniu 2021 r., przez następną dekadę będzie wiodącym obserwatorium nauk o kosmosie, opierając się na dziedzictwie Kosmicznego Teleskopu Hubble'a z jego potężniejszymi instrumentami i szerszymi możliwościami obserwacyjnymi. Źródło: NASA

Ewolucja układów planetarnych

Wydaje się, że układy planetarne, takie jak nasz Układ Słoneczny, zawierają więcej ciał skalistych niż bogatych w gaz. Należą do nich planety wewnętrzne wokół naszego Słońca, pas asteroid i Pas Kuipera. Jednak naukowcy od dawna wiedzą, że dyski tworzące planety zaczynają się od masy 100 razy większej 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 powstawania układów planetarnych planety gromadzą się, tworząc wirujący dysk młodego gazu i pyłu wokół młodej gwiazdy. Cząstki te zlepiają się, tworząc coraz większe kawałki zwane planetozymalami. Z czasem te planetozymale zderzają się i sklejają, ostatecznie tworząc planety. Rodzaj, rozmiar i położenie planet, które powstają, zależą od ilości dostępnej materii i czasu jej pozostawania w dysku. Dlatego wynik powstawania planet zależy od ewolucji i propagacji dysku.

Ta sama grupa w innym artykule kierowanym przez dr Andrew Sellicka z Obserwatorium w Leiden przeprowadziła symulacje rozpraszania powodowanego przez fotony gwiazdowe, aby rozróżnić oba zjawiska. Porównali te symulacje z rzeczywistymi obserwacjami i odkryli, że rozpraszanie przez wysokoenergetyczne fotony gwiazdowe może wyjaśnić obserwacje i dlatego nie można go wykluczyć. Andrew opisał, jak „jednoczesny pomiar wszystkich czterech linii przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba okazał się ważny w charakteryzowaniu wiatrów i pomógł nam udowodnić, że rozpraszane są duże ilości gazu”. Aby umieścić tę kwestię w kontekście, badacze obliczyli, że masa rozpraszana każdego roku jest równa masie Księżyca! Artykuł towarzyszący, obecnie recenzowany przez Magazyn astronomicznyopiszę szczegółowo te wyniki.

Transformacyjne odkrycia i perspektywy na przyszłość

the [Ne II] Linię tę po raz pierwszy wykryto w kierunku kilku dysków planetotwórczych w 2007 roku za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera i szybko zidentyfikowano ją jako znacznik wiatru przez kierownika projektu, profesora Pascucciego z Uniwersytetu w Arizonie; Te rozwijające się wysiłki badawcze skupiły się na zrozumieniu dyspersji gazów dyskowych. Odkrycie przestrzennie rozwiązane [Ne II] Pierwsze wykrycie [Ar III] Korzystanie z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba może być kolejnym krokiem w kierunku zmiany naszego rozumienia tego procesu.

„Po raz pierwszy wykorzystaliśmy NEON do badania dysków tworzących planety ponad dziesięć lat temu i przetestowaliśmy nasze symulacje obliczeniowe w oparciu o dane ze Spitzera oraz nowe obserwacje, które uzyskaliśmy za pomocą Eso „VLT” – powiedział profesor Richard Alexander z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Leicester. Wiele się nauczyliśmy, ale te obserwacje nie pozwoliły nam zmierzyć, ile masy tracą dyski. Dane z nowego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba są niesamowite, a możliwość analizowania ruchu dysku na obrazach to coś, o czym nigdy nie myślałem, że jest możliwe. Dzięki większej liczbie takich obserwacji Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba umożliwi nam zrozumienie powstających układów planetarnych jak nigdy dotąd.

Ponadto grupa odkryła również, że wewnętrzny dysk T Cha ewoluuje w bardzo krótkich okresach kilkudziesięciu lat; Odkryli, że widmo JWST T Cha różni się od poprzedniego widma Spitzera. Według Qingyana Xie z Uniwersytetu w Arizonie, głównego autora tej trwającej pracy, tę rozbieżność można wytłumaczyć małym, asymetrycznym dyskiem wewnętrznym, który stracił część swojej masy w ciągu zaledwie 17 lat. W połączeniu z innymi badaniami wskazuje to również, że rozwój dysku T Cha znajduje się na końcu. Qingyan dodaje: „Być może będziemy w stanie zobaczyć, jak cała masa pyłu z wewnętrznego dysku T Cha rozproszyła się w ciągu naszego życia!”

Konsekwencje tych odkryć dostarczają nowego wglądu w złożone interakcje prowadzące do rozproszenia gazu i pyłu niezbędnego do powstawania planet. Rozumiejąc mechanizmy stojące za dyspersją dysków, naukowcy mogą lepiej przewidzieć ramy czasowe i środowiska prowadzące do narodzin planet. Praca zespołu demonstruje możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i wyznacza nowy kierunek w badaniu dynamiki powstawania planet i ewolucji dysków okołogwiazdowych.

Odniesienie: „Obserwacje T Cha przez JWST MIRI MRS: odkrycie przestrzennie rozdzielonego wiatru dyskowego”: Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Palabio Wu Dingshan Ding, 4 marca 2024 r., Magazyn astronomiczny.
doi: 10.3847/1538-3881/ad22e1

Dane wykorzystane w tej pracy uzyskano przy użyciu instrumentu JWST/MIRI w ramach programu General Controllers Course 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). W skład zespołu badawczego wchodzą Naman Bajaj (absolwent), profesor Ilaria Pascucci, dr Uma Gorti, profesor Richard Alexander, dr Andrew Sellick, dr Jane Morrison, profesor András Gaspar, profesor Cathy Clark, Qingyan Xie (absolwent) i dr Julia Palabio , Dingshan Ding (absolwent).