6 Minutės
JWST aptinka planetų formavimosi diską UV-intensyviame žvaigždžių lopšyje
Naudodami James Webb kosminį teleskopą (JWST) ir pažangius termocheminius modelius, Penn State astronomų vadovaujama komanda parodė, kad uolinių planetų statybinės medžiagos gali išlikti net protoplanetiniuose diskuose, veikiamuose intensyvios ultravioletinės (UV) spinduliuotės. Tyrimo objektas — jauna, Saulei panaši žvaigždė XUE 1 Lobster ūke (NGC 6357), esanti maždaug už 5 500 šviesmečių regione, kuriame dominuoja daugiau nei 20 masyvių, UV ryškių žvaigždžių. Nepaisant šiurkščios aplinkos, JWST spektrai ir modeliai rodo kompaktišką diską aplink XUE 1, kuriame vis dar yra dulkių ir dujų, reikalingų planetoms susidaryti.
Nauji rezultatai, publikuoti leidinyje The Astrophysical Journal, jungia jautrius JWST vidutinės infraraudonosios srities stebėjimus su pažangiais astrocheminiais ir termocheminiais modeliais. Tokia dvikryptė metodika leido komandai įvertinti tiek kietąją disko masę, tiek pagrindinių lakiųjų medžiagų — tokių kaip vandens garai (H2O), anglies monoksidas (CO), anglies dioksidas (CO2), vandenilio cianidas (HCN) ir acetilenas (C2H2) — pasiskirstymą. Šios molekulės vaidina svarbų vaidmenį planetų atmosferose ir lakiųjų medžiagų tiekime į uolinius pasaulius.
Mokslinis fonas: kodėl UV spinduliuotė svarbi planetų formavimuisi
Ultravioletinė spinduliuotė turi daugiau energijos nei matoma šviesa ir gali skaityti molekules bei kaitinti dujas. Žemėje atmosfera saugo gyvybę nuo žalingos UV, tačiau žvaigždžių formavimosi regionuose masyvios O ir B tipo žvaigždės išskiria didelius UV srautus, galinčius fotoevaporuoti aplinkines dujas, eroduoti dulkes ir keisti protoplanetinių diskų cheminę sudėtį. Dauguma išsamių diskų tyrimų buvo nukreipti į ramias, netolimesnes regionų aplinkas be ekstremalios UV spinduliuotės. Tačiau diskai masyviuose žvaigždžių lopšiuose geriau atspindi aplinkas, kur dauguma žvaigždžių — ir, greičiausiai, dauguma planetų — susiformuoja.
Taikydami dėmesį XUE 1 Lobster ūke, kuriame yra kai kurios Paukščių tako masyviausios ir UV ryškiausios žvaigždės, tyrėjai patikrino, ar planetų formavimosi kietosios dalelės ir lakiosios medžiagos gali išgyventi esant nuolatinei išorinės spinduliuotės įtakai. Termocheminiai modeliai čia yra esminiai: jie verčia stebimų spektrinių ženklų informaciją į temperatūros, cheminių kiekių bei dulkių dalelių masės ir dydžio pasiskirstymo įverčius — parametrus, kurie lemia planetesimalų ir galutinių planetų formavimąsi.
Pagrindiniai išvados: kompaktiškas, dujomis nusilpęs diskas, bet pakanka kietųjų medžiagų planetoms
JWST stebėjimai atskleidžia dulkių dalelių ir dujų fazės molekulių pėdsakus XUE 1 diske. Modelių pritaikymai rodo, kad diskas yra kompaktiškas — siekia maždaug 10 astronominių vienetų (AU), tai yra panašus atstumas kaip nuo Saulės iki Saturno — ir jo išorinėse dalyse jaučiamas dujų stygius. Komanda šią kompaktiškumą aiškina išorine fotoevaporacija, kurią sukelia šalia esančios intensyvios UV šaltiniai: išorinė disko dalis buvo nuplauta, paliekant mažesnį, tankesnį vidinį diską.
Svarbiausia, kad vidinis diskas vis tiek turi pakankamai kietosios medžiagos, kad susiformuotų kelios žemės tipo planetos. Tyrimas vertina, kad yra pakankamai kietųjų dalelių, kad susidarytų bent dešimt kūnų, kurių masė prilygsta Merkurijaus masei. Vandens garų ir anglies junginių buvimas matuojamais kiekiais taip pat rodo, kad lakiųjų medžiagų rezervuarai, galintys prisidėti prie jaunų planetų atmosferų, atlaikė UV apkrovą.
Konstantin Getmanas, bendraautoris ir Penn State mokslo profesorius, pažymi, kad dulkių ir molekulių aptikimas palaiko idėją, jog „planetų formavimosi statybinės dalys gali egzistuoti net ir aplinkose su ekstremalia ultravioletine spinduliuote.“ Panašiai vyriausias autorius Bayronas Portilla-Revelo pabrėžia, jog diskų tyrimai UV-intensyviuose lopšiuose užpildo svarbią spragą mūsų supratime apie planetų formavimąsi realiomis galaktinėmis sąlygomis.
Disko erozijos požymiai ir fotoevaporacijos vaidmuo
Trūkstant tam tikrų UV jautrių molekulinių žymenų JWST spektruose, komanda galėjo daryti išvadas apie dujomis nusilpusias disko išorines zonas. Išorinė fotoevaporacija prioritetiškai šaliną mažiau gravitaciškai surištas dujas ir smulkias dulkes dideliuose spinduliuose, mažindama disko dydį ir galbūt keičiant planetų formavimosi laiką bei takus. Nepaisant šios erozijos, vidiniai regionai gali likti pakankamai tankūs ir apsaugoti, kad kietosios dalelės augtų ir suktųsi į rimtesnius kūnus — taip leidžiant formuotis uoliniams planetoms.
Ericas Feigelsonas, vyriausiasis tyrėjas Penn State ir bendraautorius, pabrėžia platesnę implikaciją: „Šie rezultatai palaiko mintį, kad planetos formuojasi aplink žvaigždes, net kai gimtasis diskas yra veikiamas stiprios išorinės spinduliuotės,“ — požiūris, padedantis paaiškinti, kodėl planetų sistemos Paukščių Take yra paplitusios nepaisant aplinkos įvairovės.
Ekspertų įžvalga
Dr. Amina Rahman, disko evoliucijos specialistė (nepriklausoma komentatorė): „Šis tyrimas yra svarbus koncepcijos patvirtinimas. Jis demonstruoja JWST jautrumą molekuliniams ir dulkių ženklams sudėtingose aplinkose ir rodo, kad fotoevaporacija ne visada sterilizuoja diską. Ji jį formuoja — dažnai nuardydama išorines dalis, bet paliekant vidines zonas, kur planetų surinkimas gali tęstis. Tai turi didelių pasekmių planetų architektūrai ir sudėčiai, susiformavusiai tankiuose žvaigždžių klasteriuose.“
Misija ir modeliavimas: kaip JWST ir termocheminiai įrankiai papildo vienas kitą
JWST suteikia aukštos kokybės infraraudonąsias spektro linijas, reikalingas molekuliniams virpesių juostoms ir dulkės kietosios fazės požymiams aptikti. Termocheminiai modeliai imituoja apšvitintų diskų fizinę ir cheminę struktūrą, atsižvelgdami į šildymą, aušinimą, fotodisociaciją ir dujų–dulkės reakcijas. Iteruodami tarp stebėjimų ir modelių, tyrėjai apribojo disko temperatūros profilį, molekulines abundancijas ir dulkių masę — parametrus, kuriuos kitu atveju sunku patikimai nustatyti tolimose, UV apšviestose sistemose.
Ši kombinuota metodika taip pat patikslina prognozes, kur diske turėtų būti skirtingos molekulės, kas padės planuoti tolesnes kampanijas su JWST, ALMA ir didelėmis žemės optinėmis/near-infraraudonosiomis observatorijomis, pavyzdžiui, Gemini.
Ateities perspektyvos: link planetų formavimosi apskaitos įvairiose aplinkose
XUE 1 tyrimas žymi pirmą žingsnį platesnėje diskų apžvalgoje masyviuose žvaigždžių lopšiuose. Išplėstos atrankos padės išsiaiškinti, kaip dažni yra kompaktiški, UV apdoroti diskai ir kaip jų planetų formavimo rezultatai skiriasi nuo ramesnių regionų. Tokie darbai pagerins egzoplanetų demografijos įverčius, ypač uolinių planetų dažnumo ir sudėties vertinimus klasteriuose, kuriuose dauguma žvaigždžių susiformuoja.
Tyrimas taip pat parodo JWST transformuojančią gebą tirti disko cheminę sudėtį didesniais atstumais ir sąlygomis, kurios anksčiau buvo nepasiekiamos. Kartu su žemėmis radijo interferometrais ir naujos kartos teleskopais šie stebėjimai padės susidaryti pilnesnį vaizdą apie planetų formavimąsi visame Paukščių Take.
Išvados
JWST stebėjimai protoplanetinio disko aplink XUE 1 Lobster ūke rodo, kad net regionuose, mirkstančiuose ekstremalioje ultravioletinėje spinduliuotėje, gali išlikti kompaktiškas dulkių ir lakiųjų medžiagų rezervuaras, pakankamas uoliniams planetoms suformuoti. Išorinė UV spinduliuotė, matyt, eroduoja išorines disko zonas, sudarydama kompaktiškas, dujomis nusilpusias struktūras, tačiau tai nebūtinai užkerta kelią planetų formavimuisi. Šie rezultatai išplečia mūsų supratimą apie planetų formavimosi aplinkas ir pabrėžia aukštos jautrumo infraraudonųjų stebėjimų bei pažangių termocheminių modelių svarbą tiriant planetų gimtąsias aplinkas.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai