Galactische winden van verandering vastgelegd door de Webb-ruimtetelescoop

Onderzoekers hebben voor het eerst een wind in beeld gebracht die afkomstig is van een oude planeetvormende schijf en die de gasinhoud verspreidt.

de James Webb-ruimtetelescoop JWST helpt wetenschappers ontdekken hoe planeten ontstaan ​​door het inzicht in hun geboorteplaatsen en de circumstellaire schijven rond jonge sterren te vergroten. In een artikel gepubliceerd in Astronomisch tijdschrift, een team van wetenschappers onder leiding van Naman Bajaj van de Universiteit van Arizona en onder wie Dr. Uma Gorti van het SETI Institute, heeft voor het eerst de winden van een oude planeetvormende schijf (nog erg jong in verhouding tot de zon) in beeld gebracht die zich actief verspreidt zijn gasgehalte. De schijf was al eerder in beeld gebracht en de wind was nog niet in beeld gebracht vanaf oudere schijven. Weten wanneer gas zich verspreidt is belangrijk, omdat het de resterende tijd beperkt die opkomende planeten nodig hebben om gas uit hun omgeving te consumeren.

Inzichten uit de geërodeerde schijf van TCha

De kern van deze ontdekking is de observatie van TCha, een jonge (ten opzichte van de zon) ster omgeven door een eroderende schijf die wordt gekenmerkt door een brede stofspleet, met een straal van ongeveer 30 AU. Voor het eerst hebben astronomen verspreid gas (ook bekend als wind) in beeld gebracht met behulp van de vier lijnen van de edelgassen neon (Ne) en argon (Ar), waarvan er één de eerste detectie is in een planeetvormende schijf. foto [Ne II] Het blijkt dat de wind uit een uitgestrekt gebied van de schijf komt. Het team, allemaal lid van het JWST-programma onder leiding van Ilaria Pascucci (Universiteit van Arizona), is ook geïnteresseerd in het leren hoe dit proces plaatsvindt, zodat ze de geschiedenis en de impact op ons zonnestelsel beter kunnen begrijpen.

“Deze winden kunnen worden aangedreven door hoogenergetische stellaire fotonen (sterrenlicht) of door het magnetische veld dat de schijf weeft die de planeet vormt”, zegt Naman.

Uma Gorti van het SETI Instituut doet al tientallen jaren onderzoek naar schijfverstrooiing, en zij en haar collega voorspelden de krachtige argonemissie die nu door de James Webb Ruimtetelescoop wordt gedetecteerd. Ze is “opgewonden om eindelijk de fysieke omstandigheden in de wind uit elkaar te kunnen halen om te begrijpen hoe ze te lanceren.”

De James Webb Space Telescope (JWST) is een geavanceerd astronomisch observatorium dat is ontworpen om de geheimen van het universum te ontrafelen, van de vorming van sterrenstelsels, sterren en planeten tot het detecteren van potentiële tekenen van leven op exoplaneten. Het werd gelanceerd in december 2021 en dient de komende tien jaar als het toonaangevende ruimtewetenschappelijk observatorium, voortbouwend op de erfenis van de Hubble-ruimtetelescoop met zijn krachtigere instrumenten en bredere observatiemogelijkheden. Krediet: NASA

Evolutie van planetaire systemen

Planetaire systemen zoals ons zonnestelsel lijken meer rotsachtige lichamen te bevatten dan gasrijke. Deze omvatten de binnenplaneten rond onze zon, de asteroïdengordel en de Kuipergordel. Maar wetenschappers weten al lang dat planeetvormende schijven beginnen met een massa die 100 keer groter is in gas dan in vaste stoffen, wat leidt tot een prangende vraag: wanneer en hoe verlaat het grootste deel van het gas de schijf/het systeem?

Tijdens de allereerste stadia van de vorming van planetenstelsels verzamelen planeten zich in een roterende schijf van jong gas en stof rond de jonge ster. Deze deeltjes klonteren samen en stapelen zich op tot steeds grotere stukken die planetesimalen worden genoemd. Na verloop van tijd botsen deze planetesimalen en blijven ze aan elkaar plakken, waardoor uiteindelijk planeten ontstaan. Het type, de grootte en de locatie van de planeten die zich vormen, hangt af van de hoeveelheid beschikbare materie en hoe lang deze in de schijf blijft. Daarom hangt de uitkomst van planeetvorming af van de evolutie en voortplanting van de schijf.

Dezelfde groep voerde in een ander artikel onder leiding van Dr. Andrew Sellick van de Sterrewacht Leiden simulaties uit van de verstrooiing veroorzaakt door stellaire fotonen om onderscheid te maken tussen de twee. Ze vergeleken deze simulaties met feitelijke waarnemingen en ontdekten dat verstrooiing door hoogenergetische stellaire fotonen de waarnemingen zou kunnen verklaren en daarom niet als mogelijkheid kon worden uitgesloten. Andrew beschreef hoe “de gelijktijdige meting van alle vier de lijnen door de James Webb Ruimtetelescoop belangrijk bleek bij het karakteriseren van de winden en ons hielp bewijzen dat grote hoeveelheden gas worden verspreid.” Om de zaak in context te plaatsen: onderzoekers berekenen dat de massa die elk jaar wordt verspreid gelijk is aan de massa van de maan! Een begeleidend artikel, momenteel beoordeeld door Astronomisch tijdschriftIk zal deze resultaten gedetailleerd beschrijven.

Transformatieve ontdekkingen en toekomstperspectieven

de [Ne II] De lijn werd in 2007 voor het eerst gedetecteerd in de richting van verschillende planeetvormende schijven met behulp van de Spitzer-ruimtetelescoop en werd snel geïdentificeerd als een windtracer door projectleider professor Pascucci van de Universiteit van Arizona; Deze zich ontwikkelende onderzoeksinspanningen zijn gericht op het begrijpen van de verspreiding van schijfgas. Ruimtelijk opgeloste ontdekking [Ne II] De eerste detectie [Ar III] Het gebruik van de James Webb-ruimtetelescoop kan de volgende stap zijn in de richting van het veranderen van ons begrip van dit proces.

“Meer dan tien jaar geleden hebben we NEON voor het eerst gebruikt om planetairvormende schijven te bestuderen, en hebben we onze computersimulaties getest aan de hand van gegevens van Spitzer, en nieuwe waarnemingen die we hebben verkregen met behulp van Zo “De VLT”, zegt professor Richard Alexander van de School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Leicester. We hebben veel geleerd, maar door die observaties hebben we niet kunnen meten hoeveel massa de schijven verliezen. De gegevens van de nieuwe James Webb Space Telescope zijn verbazingwekkend, en het kunnen analyseren van de bewegingen van de schijf in beelden is iets dat ik nooit voor mogelijk had gehouden. Met meer van dit soort waarnemingen zal de James Webb Ruimtetelescoop ons in staat stellen opkomende planetenstelsels als nooit tevoren te begrijpen.

Bovendien ontdekte de groep ook dat de binnenste schijf van T Cha evolueert op zeer korte tijdschalen van tientallen jaren; Ze ontdekten dat het JWST-spectrum van T Cha verschilt van het vorige Spitzer-spectrum. Volgens Qingyan Xie van de Universiteit van Arizona, hoofdauteur van dit lopende werk, kan deze mismatch worden verklaard door een kleine, asymmetrische binnenschijf die in slechts 17 jaar een deel van zijn massa heeft verloren. Gecombineerd met andere onderzoeken geeft dit ook aan dat de T Cha-schijf aan het einde van zijn ontwikkeling is. Qingyan voegt eraan toe: “Misschien kunnen we binnen ons leven alle stofmassa in de binnenste schijf van T Cha zien verdwijnen!”

De implicaties van deze bevindingen bieden nieuwe inzichten in de complexe interacties die leiden tot de verspreiding van gas en stof die essentieel zijn voor de vorming van planeten. Door de mechanismen achter de verspreiding van schijven te begrijpen, kunnen wetenschappers de tijdlijnen en omgevingen die leiden tot de geboorte van planeten beter voorspellen. Het werk van het team demonstreert de kracht van de James Webb-ruimtetelescoop en definieert een nieuwe weg voorwaarts in het onderzoeken van de dynamiek van planetaire vorming en de evolutie van circumstellaire schijven.

Referentie: “JWST MIRI MRS-observaties van T Cha: ontdekking van een ruimtelijk opgeloste schijfwind” door Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Palabio Wu Dingshan Ding, 4 maart 2024, Astronomisch tijdschrift.
doi: 10.3847/1538-3881/ad22e1

De gegevens die in dit werk zijn gebruikt, zijn verkregen met behulp van het JWST/MIRI-instrument via het General Controllers Course 1-programma PID 2260 (PI: I. Pascucci). Het onderzoeksteam bestaat uit Naman Bajaj (afgestudeerde student), professor Ilaria Pascucci, dr. Uma Gorti, professor Richard Alexander, dr. Andrew Sellick, dr. Jane Morrison, professor András Gaspar, professor Cathy Clark, Qingyan Xie (afgestudeerde student) en dr. Julia Palabio , Dingshan Ding (afgestudeerde student).