Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał teleskop Webba do pierwszej obserwacji wody i innych cząsteczek w wewnętrznych, skalistych obszarach dysku protoplanetarnego w jednym z najbardziej ekstremalnych środowisk w naszej Galaktyce. Wyniki badań sugerują, że warunki do formowania się planet skalistych, zwykle obserwowane w dyskach w obszarach formowania się gwiazd o niskiej masie, mogą również występować w regionach formowania się gwiazd masywnych. To nie wszystko – okazuje się, że planety mogą powstawać w szerszym zakresie środowisk, niż dotąd uważano.
Są to pierwsze wyniki programu eXtreme UV Environments (XUE) JWST, który koncentruje się na charakterystyce dysków planetotwórczych w masywnych obszarach gwiazdotwórczych. Regiony te są prawdopodobnie charakterystyczne dla środowiska, w którym powstała większość układów planetarnych. Zrozumienie wpływu tego środowiska na formowanie się planet jest ważne, bo pozwala uzyskać wgląd w różnorodność obserwowanych egzoplanet.
Program XUE ma na celu zbadanie piętnastu dysków protoplanetarnych w trzech obszarach Mgławicy Homar (znanej również jako NGC 6357), dużej mgławicy emisyjnej znajdującej się około 5500 lat świetlnych od Ziemi w graniach konstelacji Skorpiona. Jest ona jednym z najmłodszych i najbliższych nam masywnych kompleksów gwiazdotwórczych, mieści też w sobie jedne z najbardziej masywnych gwiazd w naszej Galaktyce.
Masywne gwiazdy są gorętsze, a zatem emitują więcej promieniowania ultrafioletowego. Może ono powodować szybsze rozpraszanie się gazu, przez co oczekiwany czas życia takiego dysku wynosi zaledwie milion lat. Z kolei dzięki teleskopowi Webba astronomowie mogą teraz badać wpływ promieniowania UV na wewnętrzne obszary dysków protoplanetarnych wokół gwiazd takich jak nasze Słońce. JWST jest dziś też jedynym teleskopem o rozdzielczości przestrzennej i czułości umożliwiającej badanie dysków planetotwórczych w obszarach powstawania masywnych gwiazd.
Astronomowie zamierzają scharakteryzować właściwości fizyczne i skład chemiczny skalistych, planetotwórczych dysków w Mgławicy Homar za pomocą spektrometru Webba o średniej rozdzielczości (MRS) instrumentu MIRI. Pierwszy wynik koncentruje się na dysku o nazwie XUE 1, który znajduje się w gromadzie gwiazd Pismis 24. Wysoka rozdzielczość spektralna i zakres MIRI pozwalają na zbadanie składu molekularnego i warunków fizycznych panujących w ciepłym gazie i pyle, w którym tworzą się tam planety skaliste.
Dysk protoplanetarny XUE 1 (widmo emisyjne MIRI: 13,3-15,5 mikrona). Źródło: ESA
Ze względu na położenie XUE 1 w pobliżu kilku masywnych gwiazd w mgławicy NGC6357 naukowcy spodziewają się, że była ona zawsze i stale narażona na wysokie promieniowanie ultrafioletowe. Jednak nawet w tym ekstremalnym środowisku zespół zdołał wykryć szereg cząsteczek, które są typowym budulcem planet skalistych. Co ciekawsze, okazuje się, że wewnętrzny dysk wokół XUE 1 jest niezwykle podobny do tych obecnych w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych. Wykryto w nim wodę i inne cząsteczki, takie jak tlenek węgla, dwutlenek węgla, cyjanowodór i acetylen. Jednak odebrana emisja była także słabsza, niż przewidywały niektóre z modeli teoretycznych. Może to sugerować niewielki promień zewnętrznego dysku. Zespół znalazł również mały, częściowo skrystalizowany pył krzemianowy w dysku, uważany za materiał budulcowy planet skalistych.
Byliśmy zaskoczeni i podekscytowani, ponieważ po raz pierwszy wykryto te cząsteczki w tak ekstremalnych warunkach – mówi Lars Cuijpers z Uniwersytetu Radboud, członek zespołu.
Wyniki te są dobrą wiadomością w kontekście szerszych możliwości formowania się planet skalistych, ponieważ stwierdzono, że warunki panujące w wewnętrznym dysku protoplanetarnym przypominają te, jakie można znaleźć w dobrze już zbadanych dyskach, znajdujących się w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych – takich, gdzie tworzą się tylko gwiazdy o niewielkich masach. Sugeruje to, że planety skaliste mogą tworzyć się w znacznie szerszym zakresie kosmicznych środowisk niż wcześniej przypuszczano. Zespół zauważa też, że to dalsze obserwacje prowadzone w ramach programu XUE będą miały kluczowe znaczenie dla ustalenia częstości występowania tych warunków.
XUE1 pokazuje, że występują tam warunki odpowiednie do formowania planet skalistych, więc następnym krokiem powinno być teraz sprawdzenie, jak powszechne jest to zjawisko – podsumowuje Ramírez-Tannus. Będziemy obserwować inne dyski w tym samym regionie, aby określić, jak powszechnie te warunki mogą być obserwowane.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Czytaj więcej:
- María Claudia Ramírez-Tannus et al., XUE: Molecular Inventory in the Inner Region of an Extremely Irradiated Protoplanetary Disk, The Astrophysical Journal Letters (2023)
- Oryginalny artykuł
Na zdjęciu: Ilustracja młodej gwiazdy otoczonej dyskiem protoplanetarnym, w którym formują się planety. Źródło: ESO/L. Calçada
