NASAs Webb-teleskop for at søge efter unge brune dværge og slyngelplaneter

Hvor små er de mindste himmellegemer, der danner som stjerner, men ikke producere deres eget lys? Hvor almindelige er de sammenlignet med fuldgyldige stjerner? Hvad med "slyngelske planeter, " som dannede sig omkring stjerner, før de blev kastet ind i det interstellare rum? Når NASAs James Webb-rumteleskop opsendes i 2021, det vil kaste lys over disse spørgsmål.

Hvis du besvarer dem, sætter du en grænse mellem objekter, der danner som stjerner, som er født ud af gravitationsmæssigt kollapsende skyer af gas og støv, og dem, der former sig som planeter, som opstår, når gas og støv klumper sig sammen i en skive omkring en ung stjerne. Det vil også skelne mellem konkurrerende ideer om oprindelsen af ​​brune dværge, genstande med masser mellem 1% og 8% af Solen, som ikke kan opretholde brintfusion i deres kerne.

I en undersøgelse ledet af Aleks Scholz fra University of St Andrews i Storbritannien, forskere vil bruge Webb til at opdage de mindste, svageste beboere i en nærliggende stjerneplanteskole kaldet NGC 1333. Beliggende omkring 1, 000 lysår væk i stjernebilledet Perseus, stjernehoben NGC 1333 er astronomisk ret tæt på. Den er også meget kompakt og indeholder mange unge stjerner. Disse tre faktorer gør det til et ideelt sted at studere stjernedannelse i aktion, især for dem, der er interesserede i meget svage, frit svævende genstande.

"De mindst massive brune dværge, der er identificeret indtil videre, er kun fem til ti gange kraftigere end planeten Jupiter, " forklarede Scholz. "Vi ved endnu ikke, om der dannes objekter med endnu lavere masse i stjernegartnerier. med Webb, vi forventer at identificere klyngemedlemmer så sølle som Jupiter for første gang nogensinde. Deres antal i forhold til heftigere brune dværge og stjerner vil kaste lys over deres oprindelse og også give os vigtige fingerpeg om stjernedannelsesprocessen mere bredt."

En uklar grænse

Objekter med meget lav masse er seje, hvilket betyder, at de udsender det meste af deres lys i infrarøde bølgelængder. At observere infrarødt lys fra jordbaserede teleskoper er udfordrende på grund af interferens fra Jordens atmosfære. På grund af dets store størrelse og evne til at se infrarødt lys med hidtil uset følsomhed, Webb er ideel til at finde og karakterisere unge fritsvævende objekter med masser under fem Jupiters.

Forskellen mellem brune dværge og kæmpeplaneter er sløret.

"Der er nogle objekter med masser under 10-Jupiter-mærket, der frit flyder gennem hoben. Da de ikke kredser om nogen bestemt stjerne, vi kan kalde dem brune dværge, eller objekter med planetmasse, da vi ikke ved bedre, " sagde teammedlem Koraljka Muzic fra universitetet i Lissabon i Portugal. "På den anden side, nogle massive kæmpeplaneter kan have fusionsreaktioner. Og nogle brune dværge kan dannes i en skive."

Der er også spørgsmålet om "slyngelplaneter" - genstande, der danner sig som planeter, og som senere bliver slynget ud af deres solsystemer. Disse fritsvævende kroppe er dømt til at vandre mellem stjernerne for evigt.

Dusinvis på én gang

Holdet vil bruge Webb's Near Infrared Imager og Slitless Spectrograph (NIRISS) til at studere disse forskellige lavmasseobjekter. En spektrograf bryder lyset fra en enkelt kilde i dets komponentfarver, som et prisme deler hvidt lys i en regnbue. Dette lys bærer fingeraftryk, der produceres, når materiale udsender eller interagerer med lys. Spektrografer giver forskere mulighed for at analysere disse fingeraftryk og opdage egenskaber som temperatur og sammensætning.

NIRISS vil give holdet samtidig information om snesevis af objekter. "Det er nøglen. For en utvetydig bekræftelse af en brun dværg eller slyngelplanet er vi nødt til at se absorptionssignaturerne for molekyler - primært vand og metan - i spektrene, " forklarede teammedlem Ray Jayawardhana fra Cornell University. "Spektroskopi er tidskrævende, og at kunne observere mange objekter samtidigt hjælper enormt. Alternativet er at tage billeder først, måle farver, udvælge kandidater, og så gå og tag spektre, som vil tage meget mere tid og er afhængig af flere antagelser."