Badania młodej gromady gwiazd dostarczają dowodów na to, że te same kosmiczne procesy, które dają początek gwiazdom, mogą również odgrywać rolę w tworzeniu obiektów tylko nieznacznie większych od Jowisza.
Źródło: ESA/WEBB, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykrył sześć prawdopodobnych obcych światów – obiektów o masie podobnej do planety, ale niezwiązanych grawitacyjnie z żadną gwiazdą – w tym najlżejszy kiedykolwiek zidentyfikowany świat z pyłowym dyskiem wokół.
Nieuchwytne obiekty oferują nowe dowody na to, że te same kosmiczne procesy, które dają początek gwiazdom, mogą również odgrywać wspólną rolę w tworzeniu obiektów tylko nieznacznie większych od Jowisza.
Badamy granice procesu formowania się gwiazd – powiedział główny autor Adam Langeveld, astrofizyk z Johns Hopkins University. Jeżeli mamy obiekt, który wygląda jak młody Jowisz, to czy jest to możliwe, że w odpowiednich warunkach mógł stać się gwiazdą? To ważny kontekst dla zrozumienia zarówno formowania się gwiazd, jak i planet.
Odkrycia pochodzą z najgłębszego przeglądu Webba młodej mgławicy NGC 1333, gromady gwiazd znajdującej się w odległości 720 lat świetlnych w kierunku konstelacji Perseusza. Nowe zdjęcie z badania opublikowane 27 sierpnia 2024 roku przez ESA pokazuje NGC 1333 świecącą dramatycznym blaskiem pyłu międzygwiezdnego i obłoków. Artykuł szczegółowo opisujący wyniki badań został zaakceptowany do publikacji w The Astronomical Journal.
Dane Webba sugerują, że odkryte światy to gazowe olbrzymy 5-10 razy masywniejsze od Jowisza. Oznacza to, że są one jednymi z najmniej masywnych obiektów, jakie kiedykolwiek powstały w wyniku procesu, w którym zwykle powstają gwiazdy i brązowe karły, obiekty na granicy między gwiazdami i planetami, które nigdy nie zapalają się w wyniku syntezy wodoru i z czasem zanikają.
Wykorzystaliśmy bezprecedensową czułość Webba w podczerwieni do poszukiwania najsłabszych członków młodej gromady gwiazd, starając się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie w astronomii: jak lekki obiekt może uformować się jako gwiazda? – powiedział Ray Jayawardhana, astrofizyk i starszy autor artykułu. Okazuje się, że najmniejsze swobodnie unoszące się obiekty, które formują się jak gwiazdy, pokrywają się masą z olbrzymimi egzoplanetami krążącymi wokół pobliskich gwiazd.
Obserwacje teleskopu nie ujawniły żadnych obiektów o masie mniejszej niż pięć mas Jowisza, pomimo posiadania wystarczającej czułości do wykrycia takich ciał. Jest to silna wskazówka, że wszelkie obiekty gwiazdowe lżejsze niż ten próg są bardziej skłonne do formowania się w sposób, w jaki robią to planety, podsumowują autorzy.
Nasze obserwacje potwierdzają, że natura wytwarza obiekty o masie planetarnej na co najmniej dwa różne sposoby – poprzez kurczenie się obłoku gazu i pyłu, w sposób, w jaki tworzą się gwiazdy, oraz w dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd, jak to miało miejsce w przypadku Jowisza w naszym Układzie Słonecznym – powiedział Jayawardhana.
Dyski są również warunkiem wstępnym formowania się planet, co sugeruje, że obserwacje mogą mieć również istotne implikacje dla potencjalnych „mini” planet.
Te małe obiekty o masach porównywalnych z olbrzymimi planetami mogą same być w stanie tworzyć własne planety – powiedział współautor Alexander Scholz, astrofizyk z University of St Andrews. To może być żłobek miniaturowego układu planetarnego, w skali znacznie mniejszej niż nasz Układ Słoneczny.
Korzystając z instrumentu NIRISS na Webbie, astronomowie zmierzyli profil widma podczerwonego każdego obiektu w obserwowanej części gromady gwiazd i ponownie przeanalizował 19 znanych brązowych karłów. Odkryli również nowego brązowego karła z towarzyszem o masie planetarnej, co jest rzadkim odkryciem, które podważa teorie powstawania układów podwójnych.
Jest prawdopodobne, że taka para uformowała się w sposób, w jaki powstają układy podwójne gwiazd, z fragmentacji obłoku podczas jego kurczenia się – powiedział Jayawardhana. Różnorodność układów wytworzonych przez naturę jest niezwykła i zmusza nas do udoskonalenia naszych modeli formowania się gwiazd i planet.
Zbłąkane światy mogą pochodzić z zapadających się obłoków molekularnych, którym brakuje masy do fuzji jądrowej zasilającej gwiazdy. Mogą również powstawać, gdy gaz i pył w dyskach wokół gwiazd łączą się w planetopodobne kule, które ostatecznie są wyrzucane z ich układów gwiazdowych, prawdopodobnie z powodu interakcji grawitacyjnych z innymi ciałami.
Te swobodnie unoszące się obiekty zacierają klasyfikację ciał niebieskich, ponieważ ich masy pokrywają się z gazowymi olbrzymami i brązowymi karłami. Mimo że takie obiekty są uważane za rzadkie w Galaktyce Drogi Mlecznej, nowe dane Webba pokazują, że stanowią one około 10% ciał niebieskich w docelowej gromadzie gwiazd.
W nadchodzących miesiącach zespół planuje dokładniej zbadać atmosfery tych obiektów, porównując je z atmosferami cięższych brązowych karłów i planet gazowych olbrzymów. Dodatkowo, zespół otrzymał czas obserwacyjny na teleskopie Webba, aby przyjrzeć się podobnym obiektom z pyłowymi dyskami. Celem tych obserwacji jest zbadanie możliwości tworzenia mini układów planetarnych, które przypominałyby liczne księżyce Jowisza i Saturna.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Johns Hopkins University