Tech / Nauka
Tomasz Wiśniewski
Redaktor technologiczny. Interesuje się sztuczną inteligencją, startupami i nowymi mediami, a także odkryciami naukowymi. Wielbiciel science fiction i gier planszowych.
Planety powstają w dyskach gazu i pyłu otaczających młode gwiazdy, ale zapas gazu jest tymczasowy. Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) pokazują, jak z czasem zmieniają się dominujące mechanizmy ucieczki gazu z tych dysków.
Badaniem kierował Naman Bajaj z Uniwersytetu Arizony, a współautorką pracy jest Uma Gorti z Instytutu SETI. Badanie objęło 72 młode gwiazdy podobne do Słońca i ich dyski protoplanetarne. To jedno z największych badań powstawania planet przeprowadzonych z pomocą JWST. Wyniki ukazały się w czasopiśmie „The Astronomical Journal".
– Ekscytujące jest to, że możemy teraz zobaczyć na dużym zbiorze młodych układów, jak mechanizmy usuwające gaz z dysków planetotwórczych zmieniają się w czasie. Rozpraszanie dysku wyznacza fundamentalny zegar powstawania planet: gdy gaz zniknie, możliwość zbudowania planet bogatych w gaz praktycznie się kończy – mówi Gorti.
Nasz Układ Słoneczny ma dziś około 4,5 miliarda lat i składa się głównie z pustej przestrzeni. Przez pierwsze kilka milionów lat młode Słońce otaczał jednak gęsty dysk protoplanetarny z około 100 razy większą ilością gazu niż pyłu. Niemal cały ten gaz ostatecznie zniknął.
Gaz jest niezbędny do powstawania olbrzymów takich jak Jowisz i Saturn. Jeśli dysk traci gaz zbyt szybko, formujące się planety mogą nie zdążyć zgromadzić ogromnych atmosfer potrzebnych gazowym gigantom.
Bajaj i współpracownicy przeanalizowali ten proces na podstawie archiwalnych obserwacji instrumentu MIRI. Objęte badaniem 72 układy są na różnych etapach rozwoju i tworzą razem coś w rodzaju sekwencji zdjęć, która pokazuje, jak rozpraszanie gazu zmienia się z wiekiem.
Naukowcy skupili się na dwóch wskaźnikach uciekającego materiału: wodorze cząsteczkowym, najczęściej występującej cząsteczce dysków, oraz zjonizowanym neonie. Pokrewne badanie z 2020 roku, prowadzone przez Ilarię Pascucci, drugą autorkę pracy i opiekunkę naukową Bajaja, przewidywało, że cząsteczkowe wiatry istnieją i na najwcześniejszych etapach mogą być na tyle gęste, by blokować fotony rentgenowskie. Nowe obserwacje potwierdziły te przewidywania, a czułość JWST pozwoliła odróżnić szerokie wiatry z wodorem od dżetów widocznych dzięki neonowi.
W najmłodszych układach, w których materiał wciąż opada na gwiazdę, wykryto potężne dżety i szerokie wiatry z gazem cząsteczkowym oraz atomowym. Te wypływy pasują do obrazu wiatrów napędzanych przez pole magnetyczne przenikające dysk – gaz podąża wzdłuż linii pola na zewnątrz, zabierając materiał i moment pędu.
W miarę dojrzewania układów strumień materii opadającej na gwiazdę słabnie, dżety tracą na sile, a uciekający gaz staje się coraz bardziej atomowy. Wtedy wysokoenergetyczne promieniowanie młodej gwiazdy przenika przerzedzony materiał i podgrzewa gaz w dysku, aż ten ucieka. Mechanizm ten nazywa się fotoewaporacją.
Gorti od dziesięcioleci bada ewolucję i rozpraszanie dysków, w tym rolę promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego młodych gwiazd w napędzaniu wiatrów fotoewaporacyjnych. Nowe obserwacje łączą tę teorię z danymi z kilkudziesięciu układów i pokazują, że fotoewaporacja zyskuje na znaczeniu, gdy dyski się starzeją, a napędzane magnetycznie dżety i wiatry słabną.