Kanadyjscy astronomowie, korzystając z JWST poczynili niezwykły krok w kierunku zrozumienia, w jaki sposób rodzą się planety.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba został wykorzystany do zbadania PDS 70, młodej gwiazdy z dwiema rodzącymi się planetami na swojej orbicie. Ten niezwykły układ, znajdujący się w odległości 370 lat świetlnych, daje naukowcom szansę zobaczenia, jak egzoplanety formują się i ewoluują na najwcześniejszych etapach rozwoju.
Te nowe badania, prowadzone przez doktorantkę Uniwersytetu Wiktorii Dori Blakely i międzynarodowy zespół naukowców, wykorzystało kreatywne podejście z unikalnymi narzędziami JWST, aby odkryć szczegóły dotyczące planet i wirującego dysku gazu i pyłu, w którym się formują. Odkrycia te oferują nowe spojrzenie na to, jak planety rosną w czasie, konkurując z gwiazdami macierzystymi o materiał.
Młoda gwiazda i jej planetarny żłobek
PDS 70 to młoda gwiazda, mająca zaledwie około 5 milionów lat – praktycznie noworodek w porównaniu z naszym Słońcem liczącym 4,6 miliarda lat. Otacza ją dysk gazu i pyłu, spłaszczony jak naleśnik, z dużą luką pośrodku, w którym kształtują się dwie planety, PDS 70 b i PDS 70 c. Ta luka to strefa budowy planet, w której zupełnie nowe światy zbierają materiał, aby urosnąć.
Nowy sposób poszukiwania planet z JWST
Aby uzyskać tak wyraźny widok planet i dysku, zespół użył Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) JWST w trybie Aperture Masking Interferometry (AMI) – sprytnej sztuczki z teleskopem. Umieścili specjalną maskę z kilkoma małymi otworami nad teleskopem, co pozwoliło niewielką części (~15%) światła przejść i interferować, tworząc nakładające się wzory, podobne do sposobu, w jaki fale z dwóch kamyków oddziałują na powierzchni wody. Analizując te wzory, mogli „zobaczyć” ukryte szczegóły układu z niezwykłą precyzją.
Ta innowacyjna technika jest jak wyłączenie oślepiającego światła reflektora młodej gwiazdy, dzięki czemu można zobaczyć szczegóły tego, co znajduje się wokół niej – w tym przypadku planety – wyjaśnił prof. René Doyon, dyrektor Trottier Institute for Research on Exoplanets (IREx) i główny naukowiec instrumentu NIRISS JWST.
Takie podejście pozwoliło zespołowi odkryć cechy, których tradycyjne obrazowanie teleskopowe nie jest w stanie wykryć, dzięki czemu badania te stanowią przełomowy dowód koncepcji takich obserwacji za pomocą potężnego teleskopu kosmicznego. Dzięki możliwości dostrzeżenie szczegółów na poziomie nigdy wcześniej nieosiągniętym, JWST rewolucjonizuje sposób, w jaki badamy planety i ich pochodzenie.
Ta praca pokazuje, jak JWST może zrobić coś zupełnie nowego – dodał dr Loïc Albert z IREx, naukowiec instrumentu NIRISS JWST. Używamy innowacyjnych technik, aby spojrzeć na planety w sposób, w jaki nigdy wcześniej tego nie robiliśmy.
Rosnące planety nadal w budowie
Obserwacje JWST potwierdziły obecność dwóch olbrzymich planet, które wciąż są w trakcie formowania. Planety te wciągają materię z dysku, podobnie jak dzieci chwytają klocki, aby zbudować wieżę. Naukowcy zmierzyli światło planet w średniej podczerwieni za pomocą instrumentu NIRISS JWST i ustalili, że obie planety wydają się gromadzić gaz – jest to krytyczna faza w ich rozwoju. Silne sygnały detekcji PDS 70 b i PDS 70 c pozwoliły na precyzyjne pomiary ich jasności i położenia.
Odkrycia te dostarczają bezpośrednich dowodów na to, że planety wciąż rosną i konkurują ze swoją gwiazdą macierzystą o materię w dysku, wspierając koncepcję, że planety tworzą się w procesie akrecji, stopniowo pobierając masę z otaczającego je gazu i pyłu. Ta rzadka migawka planet w fazie wzrostu może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób światy takie jak Jowisz i Saturn mogły uformować się w naszym Układzie Słonecznym.
Wskazówki dotyczące „księżyców w budowie”
Dane sugerują również, że planety mogą mieć wokół siebie pierścienie materii zwane dyskami okołoplanetarnymi. Dyski te mogą być miejscem formowania się księżyców – takich jak te, które obecnie posiadają Jowisz i Saturn.
Poprzednie obserwacje PDS 70 b i PDS 70 c na krótszych długościach fal były w dużej mierze wyjaśnione przez modele pierwotnie zaprojektowane dla gwiazd o niskiej masie i brązowych karłów. Jednak nowe obserwacje JWST – wykonane na najdłuższych długościach fal, jakie kiedykolwiek wykorzystano do badania tych planet – ujawniły dodatkowe światło, którego nie można w pełni wyjaśnić za pomocą tych modeli. To dodatkowe światło wskazuje na obecność ciepłej materii otaczającej planety, prawdopodobnie pochodzącej z dysków materii aktywnie akreującej na planety. Te nowe dowody wzmacniają argumenty przemawiające za istnieniem dysków okołoplanetarnych, które, jak się uważa, odgrywają kluczową rolę w powstawaniu układów księżyców i rozwoju planet.
Krok naprzód dla nauk planetarnych
Odkrycia PDS 70 dają astronomom jaśniejszy obraz tego, jak planety i gwiazdy tworzą się i ewoluują razem. Obserwując rozwój tych planet i ich interakcje z otoczeniem, naukowcy dowiadują się, jak powstają układy planetarne – takie jak nasz.
To tak, jakby zobaczyć rodzinne zdjęcie naszego Układu Słonecznego, gdy był on jeszcze małym dzieckie – powiedziała Blakely. To niesamowite myśleć o tym, jak wiele można się nauczyć z jednego układu.
Co dalej z PDS 70?
Być może najbardziej intrygującym odkryciem było wykrycie słabego, nierozdzielonego źródła światła w szczelinie dysku protoplanetarnego, Chociaż natura tej emisji jest niejasna, może ona reprezentować strukturę taką jak spiralne ramię gazu i pyłu, a nawet trzecią planetę również formującą się w układzie. Dalsze obserwacje za pomocą innych instrumentów JWST, w tym MIRI i NIRCam, będą miały kluczowe znaczenie dla potwierdzenia, czy poświata jest nową planetą, właściwością dysku, czy czymś zupełnie nieoczekiwanym.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Uniwersytet Wiktorii
