James Webb Space Telescope fanger slutningen af ​​planetdannelsen

James Webb Space Telescope (JWST) hjælper videnskabsmænd med at afdække, hvordan planeter dannes ved at fremme forståelsen af ​​deres fødesteder og de cirkumstellare skiver, der omgiver unge stjerner.

I et papir offentliggjort i The Astronomical Journal , et hold af videnskabsmænd, ledet af Naman Bajaj fra University of Arizona og inklusive Dr. Uma Gorti ved SETI Institute, billeder for første gang vinder fra en gammel planetdannende skive (stadig meget ung i forhold til solen), som er aktivt sprede dets gasindhold. Disken er blevet afbildet før, men vind fra gamle diske har ikke. Vores viden om, hvornår gassen spredes, er vigtig, da det begrænser den tid, der er tilbage for begyndende planeter til at forbruge gassen fra deres omgivelser.

Kernen i denne opdagelse er observationen af ​​TCha, en ung stjerne (i forhold til solen) omsluttet af en eroderende skive, der er bemærkelsesværdig for dens enorme støvgab, cirka 30 astronomiske enheder i radius. For første gang har astronomer afbilledet den dispergerende gas (alias vinde) ved hjælp af de fire linjer af ædelgasserne neon (Ne) og argon (Ar), hvoraf den ene er den første påvisning i en planetdannende skive. Billederne af [Ne II] viser, at vinden kommer fra et udvidet område af skiven.

Holdet, som alle er medlemmer af et JWST-program ledet af Ilaria Pascucci (University of Arizona), er også interesseret i at vide, hvordan denne proces foregår, så de bedre kan forstå historien og indvirkningen på vores solsystem.

"Disse vinde kunne enten drives af højenergistjernefotoner (stjernens lys) eller af det magnetiske felt, der væver den planetdannende skive," sagde Bajaj.

Dr. Gorti fra SETI Institute har forsket i diskspredning i årtier, og sammen med sin kollega forudsagde hun den stærke argon-emission, som JWST nu har opdaget. Hun er "spændt over endelig at være i stand til at skille de fysiske forhold ud i vinden for at forstå, hvordan de starter."

Planetsystemer som vores solsystem ser ud til at indeholde flere stenede objekter end gasrige. Omkring vores sol omfatter disse de indre planeter, asteroidebæltet og Kuiperbæltet. Men forskere har længe vidst, at planetdannende skiver starter med 100 gange mere masse i gas end i faste stoffer, hvilket fører til et presserende spørgsmål:Hvornår og hvordan forlader det meste af gassen disken/systemet?

I løbet af de meget tidlige stadier af planetarisk systemdannelse smelter planeter sammen i en roterende skive af gas og lillebitte støv omkring den unge stjerne. Disse partikler klumper sig sammen og bygges op i større og større klumper kaldet planetesimaler. Over tid støder disse planetesimaler sammen og klæber sammen og danner til sidst planeter. Typen, størrelsen og placeringen af ​​planeter, der dannes, afhænger af mængden af ​​tilgængeligt materiale, og hvor længe det forbliver i skiven. Så resultatet af planetdannelse afhænger af skivens udvikling og spredning.

Den samme gruppe udførte i et andet papir ledet af Dr. Andrew Sellek fra Leiden Observatory simuleringer af spredningen drevet af stjernefotoner for at skelne mellem de to. De sammenligner disse simuleringer med de faktiske observationer og finder ud af, at spredning af højenergistjernefotoner kan forklare observationerne og derfor ikke kan udelukkes som en mulighed.

Dr. Sellek beskrev, hvordan "den samtidige måling af alle fire linjer af JWST viste sig at være afgørende for at fastlægge vindens egenskaber og hjalp os med at påvise, at betydelige mængder gas spredes."

For at sætte det ind i en sammenhæng, beregner forskerne, at den masse, der spredes hvert år, svarer til månens. Et ledsagende papir, som i øjeblikket er under revision af The Astronomical Journal , vil detaljere disse resultater.

[Ne II]-linjen blev først opdaget mod adskillige planetdannende skiver i 2007 med Spitzer-rumteleskopet og blev hurtigt identificeret som et spor efter vinde af projektleder Prof. Pascucci ved University of Arizona; denne transformerede forskningsindsats fokuserede på at forstå diskgasspredning. Opdagelsen af ​​rumligt løst [Ne II] og den første påvisning af [Ar III] ved hjælp af JWST kan blive det næste skridt i retning af at transformere vores forståelse af denne proces.

"Vi brugte først neon til at studere planetdannende diske for mere end ti år siden, hvor vi testede vores beregningssimuleringer mod data fra Spitzer og nye observationer, vi opnåede med ESO VLT," sagde professor Richard Alexander fra University of Leicester School of Physics og Astronomi. Vi lærte meget, men disse observationer tillod os ikke at måle, hvor meget masse skiverne tabte. De nye JWST-data er spektakulære, og at kunne løse diskvind i billeder er noget, jeg aldrig troede ville være muligt. Med flere observationer som denne, vil JWST sætte os i stand til at forstå unge planetsystemer som aldrig før."

Derudover har gruppen også opdaget, at den indre skive af T Cha udvikler sig på meget korte tidsskalaer på årtier; de finder, at T Chas JWST-spektrum adskiller sig fra det tidligere Spitzer-spektrum. Ifølge Chengyan Xie fra University of Arizona, hovedforfatteren af ​​dette igangværende arbejde, kan dette misforhold forklares med en lille, asymmetrisk indre disk, der har mistet en del af sin masse på kun 17 år. Sammen med de andre undersøgelser antyder dette også, at disken af ​​T Cha er ved slutningen af ​​sin udvikling.

Xie tilføjer:"Vi kan måske være vidne til spredningen af ​​al støvmassen i T Chas indre skive inden for vores levetid."

Implikationerne af disse fund giver ny indsigt i de komplekse vekselvirkninger, der fører til spredning af gas og støv, der er afgørende for planetdannelsen. Ved at forstå mekanismerne bag diskspredning kan videnskabsmænd bedre forudsige tidslinjer og miljøer, der befordrer planeternes fødsel. Holdets arbejde demonstrerer kraften i JWST og sætter en ny vej fremad i at udforske planetdannelsens dynamik og udviklingen af ​​cirkumstellære skiver.

De data, der blev brugt i dette arbejde, blev erhvervet med JWST/MIRI-instrumentet gennem General Observers Cycle 1-programmet PID 2260 (PI:I. Pascucci). Forskerholdet omfatter Naman Bajaj (kandidatstuderende), Prof. Ilaria Pascucci, Dr. Uma Gorti, Prof. Richard Alexander, Dr. Andrew Sellek, Dr. Jane Morrison, Prof. Andras Gaspar, Prof. Cathie Clarke, Chengyan Xie (kandidat). studerende), Dr. Giulia Ballabio og Dingshan Deng (kandidatstuderende).

Flere oplysninger: Naman S. Bajaj et al, JWST MIRI MRS Observationer af T Cha:Discovery of a Spatally Resolved Disk Wind, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad22e1

Leveret af SETI Institute