Korzystając ze spektrometru bliskiej podczerwieni Webba, naukowcy potwierdzili możliwość obecności dysków protoplanetarnych wokół brązowych karłów w Wielkiej Mgławicy w Orionie.
Źródło: ASA/ESA/CSA, Mark McCaughrean/ESA, Massimo Robberto/STScI/JHU, Kevin Luhman/Penn State, Catarina Alves de Oliveira/ESA
Nowonarodzone gwiazdy otoczone są przez dyski gazu i pyłu, w których rodzą się planety, nazywane dyskami protoplanetarnymi. W Mgławicy w Orionie najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy emitują intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które oświetla dyski protoplanetarne, umożliwiając ich fotografowanie z niezwykłą szczegółowością. Uderzające obrazy tych oświetlonych promieniowaniem UV dysków protoplanetarnych, zwanych proplydami, były jednym z pierwszych odkryć dokonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a kilkadziesiąt lat temu. Nowe badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców, w tym astronoma z Penn State, wykorzystały Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, aby ujawnić, że niektóre z proplydów pierwotnie wykrytych przez Hubble’a otaczają brązowe karły, które są obiektami podobnymi do gwiazd ale zbyt małymi i chłodnymi, aby ulec fuzji wodoru. Nowe wyniki uzyskane za pomocą teleskopu Webba pomogą astronomom lepiej zrozumieć sposób formowania się brązowych karłów, ich związek z gwiazdami i planetami oraz to, czy mogą one posiadać własne planety.
Artykuł opisujący obserwacje został zaakceptowany do publikacji w Astrophysical Journal i jest dostępny online jako preprint.
Gwiazdy rodzą się w ogromnych obłokach gazu i pyłu w przestrzeni kosmicznej, które mogą mieć rozmiary lat świetlnych i nazywane są mgławicami – powiedział Kevin Luhman, profesor astronomii i astrofizyki w Eberly College of Science w Penn State i lider zespołu badawczego. Przez dziesięciolecia astronomowie podejrzewali, że wkrótce po tym, jak gwiazda łączy się w mgławicy, planety rodzą się w dyskach gazu i pyłu otaczającym nowonarodzoną gwiazdę, znanym jako dysk protoplanetarny.
Niedługo po wystrzeleniu w 1990 roku, Kosmiczny Teleskop Hubble’a ujawnił jedne z najważniejszych bezpośrednich zdjęć dysków protoplanetarnych poprzez obserwację Mgławicy w Orionie. Mgławica ta zawiera około 2000 nowonarodzonych gwiazd i jest jedną z najbliższych mgławic gwiazdotwórczych od naszego Układu Słonecznego, oddaloną o 1300 lat świetlnych.
Niektóre obiekty zrodzone w mgławicach takich jak ta w Orionie mają zbyt małą masę, aby mogły ulec syntezie wodoru, więc są chłodne i słabe i nie kwalifikują się jako pełnoprawne gwiazdy – powiedziała Catarina Alves de Oliveira, szefowa Działu Rozwoju Operacji Naukowych w ESA i liderka zespołu badawczego. Te podobne do gwiazd ciała niebieskie, w których brakuje syntezy jądrowej, znane są jako brązowe karły. Pytanie brzmi, czy możemy znaleźć proplydy wokół któregokolwiek z brązowych karłów w Orionie?
Wkrótce po odkryciu brązowych karłów w połowie lat 90. astronomowie zaczęli zastanawiać się, czy mogą one również posiadać dyski protoplanetarne. Niektóre z dysków protoplanetarnych wykrytych przez HST w latach 90. zdawały się otaczać obiekty wystarczająco słabe, aby mogły być brązowymi karłami, ale brakowało im pomiarów potrzebnych do potwierdzenia, że mają one niskie temperatury charakterystyczne dla brązowych karłów. Do takich pomiarów potrzebny był bardziej czuły teleskop na podczerwień.
Wystrzelony w grudniu 2021 roku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najpotężniejszym jak dotąd teleskopem podczerwonym, co czyni go doskonale przystosowanym do pomiaru temperatury słabych obiektów w Mgławicy w Orionie, które mogą być brązowymi karłami, w tym najsłabszych proplydów sfotografowanych przez Hubble’a 30 lat temu.
Zespół astronomów przeprowadził pomiary spektroskopii w podczerwieni na niewielkiej próbce kandydatów na brązowe karły w Orionie przy użyciu spektrografu Webba w bliskiej podczerwieni. Dane te potwierdziły, że 20 obiektów jest wystarczająco chłodnych, aby być brązowymi karłami, z których najmniejsze mogą mieć masę zaledwie 0,5% masy Słońca, czyli pięć mas Jowisza. Dwa dodatkowe obiekty są bliskie minimalnej masy dla fuzji – 7,5% masy Słońca – więc nie jest jasne, czy są to małe gwiazdy, czy duże brązowe karły. Próbka nowych brązowych karłów obejmuje dwa słabe proplydy wykryte przez Hubble’a w latach 90., co czyni je dwoma najchłodniejszymi i najmniej masywnymi proplydami znalezionymi do tej pory.
Nowe obserwacje Webba zaledwie zarysowały powierzchnię brązowych karłów w Orionie – powiedział Luhman. Mgławica zawiera kilkaset słabych obiektów mogących być brązowymi karłami, które są gotowe do spektroskopii Webba. Przyszłe obserwacje Oriona za pomocą Webba mogą potencjalnie znaleźć znacznie więcej przykładów proplydów wokół brązowych karłów i określić najmniejszą masę, przy której istnieją brązowe karły. Informacje te pomogą nam wypełnić luki w naszej wiedzy na temat formowania się brązowych karłów i ich związku z gwiazdami i planetami.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
PSU
