Detaljer om dannelsen af ​​fjerne solsystemer med NASAs Webb-teleskop

Vi lever i et modent solsystem - otte planeter og adskillige dværgplaneter (som Pluto) er dannet, sidstnævnte inden for det sten- og affaldsfyldte område kendt som Kuiperbæltet. Hvis vi kunne skrue tiden tilbage, hvad ville vi se, når vores solsystem blev dannet? Selvom vi ikke kan besvare dette spørgsmål direkte, forskere kan studere andre systemer, der aktivt dannes - sammen med blandingen af ​​gas og støv, der omkranser deres stadig dannede stjerner - for at lære om denne proces.

Et hold ledet af Dr. Thomas Henning fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, vil bruge NASAs kommende James Webb Space Telescope til at undersøge mere end 50 planetdannende diske i forskellige vækststadier for at bestemme, hvilke molekyler der er til stede og ideelt set udpege ligheder, med til at forme det, vi ved om, hvordan solsystemer samles.

Deres forskning med Webb vil specifikt fokusere på de indre diske i relativt nærliggende, danner systemer. Selvom oplysninger om disse områder er blevet indhentet af tidligere teleskoper, ingen matcher Webbs følsomhed, hvilket betyder, at mange flere detaljer vil strømme ind for første gang. Plus, Webbs rumbaserede placering omkring en million miles (1,5 millioner kilometer) fra Jorden vil give den et uhindret udsyn til sine mål. "Webb vil levere unikke data, som vi ikke kan få på anden måde, " sagde Inga Kamp fra Kapteyn Astronomical Institute ved University of Groningen i Holland. "Dens observationer vil give molekylære opgørelser af de indre skiver i disse solsystemer."

Dette forskningsprogram vil primært indsamle data i form af spektre. Spektre er som regnbuer - de spreder lys ud i dets komponenters bølgelængder for at afsløre højopløsningsinformation om temperaturerne, hastigheder, og sammensætningen af ​​gassen og støvet. Denne utroligt rige information vil give forskerne mulighed for at konstruere langt mere detaljerede modeller af, hvad der er til stede i de indre diske - og hvor. "Hvis du anvender en model på disse spektre, du kan finde ud af, hvor molekyler er placeret, og hvad deres temperaturer er, " forklarede Henning.

Disse observationer vil være utrolig værdifulde til at hjælpe forskerne med at finde ligheder og forskelle mellem disse planetdannende skiver, som også er kendt som protoplanetariske diske. "Hvad kan vi lære af spektroskopi, som vi ikke kan lære af billeddannelse? Alt!" udbrød Ewine van Dishoeck fra Leiden Universitet i Holland. "Ét spektrum er tusind billeder værd."

Et "bjerg" af nye data

Forskere har længe undersøgt protoplanetariske diske i en række forskellige bølgelængder af lys, fra radio til nær-infrarød. Nogle af holdets eksisterende data er fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, som opsamler radiolys. ALMA udmærker sig ved at konstruere billeder af de ydre diske. Hvis du skulle sammenligne spændvidden af ​​deres ydre diske med størrelsen af ​​vores solsystem, denne region er forbi Saturns kredsløb. Webbs data vil fuldende billedet ved at hjælpe forskere med at modellere de indre diske.

Nogle data eksisterer allerede om disse indre diske - NASA's pensionerede Spitzer Space Telescope tjente som en stifinder - men Webbs følsomhed og opløsning er påkrævet for at identificere de præcise mængder af hvert molekyle såvel som de elementære sammensætninger af gassen med dens data, kendt som spektre. "Hvad der plejede at være en meget sløret top i spektret vil bestå af hundredvis, hvis ikke tusindvis af detaljerede spektrallinjer, " sagde van Dishoeck.

Webbs speciale i mellem-infrarødt lys er særlig vigtig. Det vil gøre det muligt for forskere at identificere "fingeraftryk" af molekyler som vand, carbondioxid, metan, og ammoniak - som ikke kan identificeres med andre eksisterende instrumenter. Observatoriet vil også afgøre, hvordan stjernelys påvirker diskenes kemi og fysiske strukturer.

Protoplanetariske diske er komplekse systemer. Efterhånden som de dannes, deres blanding af gas og støv fordeles i ringe på tværs af systemet. Deres materialer rejser fra den ydre skive til den indre skive - men hvordan? "Den indre del af disken er et meget dynamisk sted, " forklarer Tom Ray fra Dublin Institute for Advanced Studies i Irland. "Det er ikke kun der, hvor jordiske planeter dannes, men det er også her, supersoniske jetfly opsendes af stjernen."

Stråler udsendt af stjernen fører til en blanding af elementer i de indre og ydre skiver, både ved at sende partikler ud og lade andre partikler bevæge sig indad. "Vi tror, ​​at når materialet forlader, den mister sit spin, eller vinkelmomentum, og at dette tillader andet materiale at bevæge sig indad, "Ray fortsatte. "Disse udvekslinger af materiale vil naturligvis påvirke kemien i den indre skive, som vi er spændte på at udforske med Webb."

Spændende indsigter venter

PDS 70 er længere væk, 370 lysår. Den har også et stort hul i dens indre ring, plus data har afsløret, at to danner planeter, kendt som protoplaneter, er til stede og samler materiale. "Webbs mellem-infrarøde målinger vil hjælpe os med at forfine, hvad vi ved om dem, såvel som materialet omkring dem, " forklarede Kamp.

Med snesevis af mål på deres liste, det er svært for holdmedlemmer at spille favoritter. "Jeg elsker dem alle, ", sagde Henning. "Et spørgsmål, jeg gerne vil besvare, vedrører sammenhængen mellem sammensætningen af ​​planetdannende skiver og planeterne selv. med Webb, vi vil observere langt flere detaljer om, hvilke typer materiale der er tilgængelige for en potentiel planet at opbygge."

Efter at have forfinet dataene, hans team vil anvende de diskrete datapunkter på modeller. "Dette vil give os mulighed for at lave en grafisk rekonstruktion af disse systemer, " fortsatte han. Disse modeller vil blive delt med det astronomiske samfund, gør det muligt for andre forskere at undersøge dataene, og lave deres egne fremskrivninger eller skaffe nye resultater. Disse undersøgelser vil blive udført gennem et Guaranteed Time Observations (GTO) program.