JWST zbulon kiminë e disqeve rreth yjeve të rinj ku formohen planetë shkëmborë

Studiuesit duke përdorur teleskopin hapësinor James Webb (JWST) kanë hedhur një vështrim të parë në të dhënat e tyre që hetojnë kiminë e rajoneve të disqeve rreth yjeve të rinj ku formohen planetët shkëmborë. Tashmë në atë fazë, të dhënat zbulojnë se disqet janë kimikisht të ndryshëm dhe të pasur me molekula të tilla si uji, dioksidi i karbonit dhe komponimet organike të hidrokarbureve si benzeni, si dhe kokrra të vogla karboni dhe silikate. Programi i vazhdueshëm i vëzhgimit të JWST, MINDS, i udhëhequr nga MPIA, i cili bashkon disa institute kërkimore evropiane, premton të sigurojë një pamje revolucionare mbi kushtet që i paraprijnë lindjes së planetëve dhe, në të njëjtën kohë, të përcaktojë përbërjen e tyre.

Vëzhgimet e reja drejt një kampioni të disqeve që formojnë planetin rreth yjeve të rinj të marra me Instrumentin Infra të Kuq të Mesëm (MIRI) në bordin e teleskopit hapësinor James Webb (JWST) ofrojnë një vështrim të parë se si ky mjet i fuqishëm do të përmirësojë të kuptuarit tonë për formimin e planetit tokësor. . Astronomë nga 11 vende evropiane janë mbledhur në projektin MINDS (MIRI mid-Infrared Disk Survey) për të hetuar kushtet në rajonet e brendshme të disqeve të tillë ku pritet të formohen planetë shkëmborë nga gazi dhe pluhuri që ato përmbajnë. Ata ndërmarrin hapin tjetër për të deshifruar kushtet e disqeve që formojnë planetin – një parakusht për identifikimin e proceseve që çojnë në trupa të ngurtë, të tillë si planetët dhe kometat, që përbëjnë sistemet planetare.

Rezultatet fillestare të paraqitura në dy artikuj demonstrojnë larminë e djepit të planetëve shkëmborë. Disqet variojnë nga mjedise të pasura me komponime që përmbajnë karbon, duke përfshirë molekula organike aq komplekse sa benzeni, deri te aglomeratet që përmbajnë dioksid karboni dhe gjurmë uji. Ashtu si gjurmët e gishtërinjve, këto kimikate prodhojnë shënues unikë të identifikueshëm në spektrat që astronomët morën me vëzhgimet e tyre. Një spektër është një shfaqje drite e ngjashme me ylberin ose, si në këtë rast, p.sh., rrezatimi infra të kuqe, duke e ndarë atë në ngjyrat nga të cilat përbëhet.

“Ne jemi të impresionuar nga cilësia e të dhënave të prodhuara nga MIRI,” thotë Thomas Henning, Drejtor në Institutin Max Planck për Astronominë (MPIA) në Heidelberg, Gjermani. Ai është hetuesi kryesor (PI) i programit JWST Guaranteed Time Observation (GTO) MINDS. “Kjo pasuri e linjave spektrale jo vetëm që zbulon përbërjen kimike të materialit të diskut që evoluon përfundimisht në planetë dhe atmosferat e tyre. Ajo gjithashtu na lejon të përcaktojmë kushtet fizike si dendësia dhe temperaturat nëpër dhe brenda atyre disqeve që formojnë planetin, drejtpërdrejt ku janë planetët. rriten.”

“Tani mund t’i studiojmë përbërësit kimikë në ato disqe shumë më saktë,” thotë Sierra Grant, një post-doktor në Institutin Max Planck për Fizikën Jashtëtokësore (MPE) në Garching, Gjermani. Ajo është autorja kryesore e një artikulli që analizon një disk rreth një ylli të ri me masë të ulët që u botua në The Astrophysical Journal Letters. “Disku i brendshëm i ngrohtë rreth GW Lup duket të jetë mjaft i thatë. Ndërsa ne zbuluam qartë molekula që përmbajnë karbon dhe oksigjen, ka shumë më pak ujë të pranishëm sesa pritej,” shpjegon Grant.

Një hendek rreth yllit qendror pa gaz do të shpjegonte mungesën e ujit. “Nëse ajo vrimë zgjatet deri në mes të borës së ujit dhe dioksidit të karbonit, kjo do të shpjegonte pse ne gjejmë kaq pak avuj uji atje,” thotë Grant. Vijat e borës tregojnë zona të ngjashme me unazën në distanca të ndryshme nga ylli ku temperaturat bien në vlerat ku ngrihen disa lloje kimike. Vija e borës së ujit është më afër yllit sesa ajo e dioksidit të karbonit.

Prandaj, nëse një zgavër shtrihet përtej vijës së borës së ujit, gazi jashtë këtij perimetri do të përmbajë ende dioksid karboni, por vetëm pak ujë. Çdo planet që formohet atje fillimisht do të ishte mjaft i thatë. Prandaj, objektet e vogla të akullta si kometat nga sistemi i jashtëm planetar mund të jenë i vetmi burim thelbësor i ujit. Nga ana tjetër, nëse një planet që ndërvepron me diskun do të ishte përgjegjës për një hendek të tillë, kjo do të sugjeronte që planeti do të kishte grumbulluar ujë gjatë formimit të tij.

Ekipi gjithashtu zbuloi për herë të parë një version shumë më të rrallë të molekulës së dioksidit të karbonit në një disk protoplanetar që përmban një atom karboni që është pak më i rëndë se lloji shumë më i shpeshtë. Ndryshe nga dioksidi i karbonit “normal” që thjesht heton sipërfaqen më të ngrohtë të diskut, rrezatimi i vëllait ose motrës më të rëndë mund t’i shpëtojë diskut nga shtresat më të thella dhe më të ftohta. Analiza rezulton në temperatura nga rreth 200 Kelvin (-75 gradë Celsius) pranë rrafshit të mesit të diskut deri në afërsisht 500 Kelvin (+225 gradë Celsius) në sipërfaqen e tij.

Jeta duket se kërkon karbon, duke formuar komponime komplekse. Ndërsa molekulat e thjeshta që përmbajnë karbon si monoksidi i karbonit dhe dioksidi i karbonit përshkojnë shumicën e disqeve që formojnë planetin, kimia e pasur e hidrokarbureve të diskut të mëposhtëm është mjaft e pazakontë.

“Spektri i diskut rreth yllit me masë të ulët J160532 zbulon gaz të ngrohtë hidrogjen dhe përbërje hidrogjen-karbon në temperatura rreth 230 gradë Celsius,” thotë Benoît Tabone, studiues i CNRS në Institut d’Astrophysique Spatiale, Universiteti Paris-Saclay, Francë. , dhe autori kryesor i një studimi tjetër të MINDS, i cili është i disponueshëm në serverin e para-printimit arXiv. Sinjali më i fortë spektral buron nga molekulat e nxehta të acetilenit, secila e përbërë nga dy atome karboni dhe dy atome hidrogjeni.

Gazra të tjerë po aq të ngrohtë të molekulave organike janë diacetileni dhe benzeni, zbulimet e para në një disk protoplanetar, dhe ndoshta edhe metani. Këto zbulime tregojnë se ky disk përmban më shumë karbon sesa oksigjen. Një përzierje e tillë në përbërjen kimike mund të ndikojë gjithashtu në atmosferat e planetëve që formohen atje. Në të kundërt, uji duket pothuajse mungon. Në vend të kësaj, shumica e ujit mund të mbyllet në guralecat e akullta të diskut të jashtëm më të ftohtë, të pa gjurmueshëm nga këto vëzhgime.

Përveç gazit, materiali i ngurtë është një përbërës tipik i disqeve protoplanetare. Pjesa më e madhe e tij përbëhet nga kokrra silikate, kryesisht rërë e imët. Ato rriten nga nanogrimcat në agregate të strukturuara rastësisht me madhësi mikron. Kur nxehen, ato mund të marrin struktura kristalore. Një punë e botuar nga një ekip i udhëhequr nga Ágnes Kóspál (MPIA dhe Observatori Konkoly, Budapest, Hungari), i cili nuk është pjesë e programit MINDS, tregon se si kristale të tillë mund të hyjnë në guralecat shkëmbore që përfundimisht ndërtojnë planetë tokësorë. Shkencëtarët gjejnë kristale të tilla edhe në kometat dhe koren e Tokës. Kjo punë është botuar gjithashtu në The Astrophysical Journal Letters.

Ekipi rizbuloi kristalet e zbuluara vite më parë në diskun rreth yllit EX Lup që shpërtheu vazhdimisht, sapo u shërua nga një shpërthim i fundit. Ai siguronte nxehtësinë e nevojshme për procesin e kristalizimit. Pas një periudhe mungese, këto kristale tani u rishfaqën në spektrat e tyre, megjithëse në temperatura shumë më të ulëta duke i vendosur ata më larg nga ylli. Ky rizbulim tregon se shpërthimet e përsëritura mund të jenë thelbësore në sigurimin e disa prej blloqeve të ndërtimit të sistemeve planetare.

Këto rezultate tregojnë se ardhja e JWST sjell një epokë të re të artë në kërkimet astronomike. Tashmë në atë fazë të hershme, gjetjet janë novator. “Ne po presim me padurim çfarë lajmesh të tjera do të sjellë JWST,” deklaron Henning. Së bashku, programi MINDS do të synojë disqet e 50 yjeve të rinj me masë të ulët. “Ne jemi të etur të mësojmë për diversitetin që do të gjejmë.”

“Duke rafinuar modelet e përdorura për të interpretuar spektrat, ne gjithashtu do të përmirësojmë rezultatet në dispozicion. Përfundimisht, ne duam të shfrytëzojmë aftësitë e plota të JWST dhe MIRI për të ekzaminuar ato djepe planetare,” shton Inga Kamp, një bashkëpunëtore e MINDS dhe një shkencëtare në Kapteyn. Instituti Astronomik i Universitetit të Groningenit, Holandë.

Të mësosh rreth formimit të planetëve rreth yjeve me masë shumë të ulët, d.m.th., yjeve rreth pesë deri në dhjetë herë më pak masive se dielli, është veçanërisht shpërblyese. Planetët shkëmborë janë të shumtë rreth këtyre yjeve, me shumë planetë potencialisht të banueshëm të zbuluar tashmë. Prandaj, programi MINDS premton të sqarojë disa nga pyetjet kryesore në lidhje me formimin e planetëve të ngjashëm me Tokën dhe ndoshta shfaqjen e jetës.

Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) është teleskopi më i madh dhe më i fuqishëm i lëshuar ndonjëherë në hapësirë. Është një partneritet ndërkombëtar midis NASA-s, ESA-së dhe CSA-së.

Instrumenti me infra të kuqe të mesme të JWST (MIRI), i ndërtuar nga një konsorcium evropian i institucioneve kërkimore, është një instrument shkencor me shumë qëllime për gjatësi vale infra të kuqe midis 5 dhe 28 mikron. Ai kombinon një aparat fotografik me një spektrograf. Me mbështetjen e partnerëve industrialë, MPIA siguroi mekanizmat e të gjithë elementëve të përzgjedhjes së gjatësisë valore, si rrotat e filtrit dhe grilës, dhe drejtoi dizajnin elektrik të MIRI-t.