8 Minute
JWST detectează un disc de formare planetară într-o pepinieră stelară cu radiație UV extremă
Folosind telescopul James Webb (JWST) și modele termochimice avansate, o echipă condusă de astronomi de la Penn State a demonstrat că materialele brute pentru planete stâncoase pot persista chiar și în discuri protoplanetare expuse unei radiații ultraviolete (UV) intense. Ținta, o stea tânără similară Soarelui etichetată XUE 1 din Nebuloasa Lobster (NGC 6357), se află la aproximativ 5.500 ani-lumină de Pământ, într-o regiune dominată de peste 20 de stele masive, puternic luminiscente în UV. În ciuda acestei radiații dure, spectrele JWST și modelele indică existența unui disc compact în jurul lui XUE 1 care încă conține praf și gaze necesare pentru formarea planetelor.
Noile rezultate, publicate în The Astrophysical Journal, combină observații în infraroșu mediu de înaltă sensibilitate de la JWST cu modele de ultimă generație din astrochimie și termochimie. Această abordare dublă le-a permis cercetătorilor să estimeze atât masa solidă din disc, cât și distribuția principalelor molecule volatile — cum ar fi vaporii de apă (H2O), monoxidul de carbon (CO), dioxidul de carbon (CO2), cianura de hidrogen (HCN) și acetilena (C2H2) — care joacă roluri esențiale în atmosferele planetare și în furnizarea de volatili către lumi stâncoase.
Context științific: de ce contează radiația UV pentru formarea planetelor
Radiația ultravioletă transportă mai multă energie decât lumina vizibilă și poate descompune moleculele și încălzi gazul. Pe Pământ, atmosfera noastră protejează viața de UV dăunător. În regiunile de formare stelară, stelele masive de tip O și B emit fluxuri uriașe de UV care pot fotoevapora gazul înconjurător, eroda praful și modifica chimic discurile protoplanetare. Majoritatea studiilor detaliate asupra discurilor au vizat regiuni de formare stelară relativ liniștite și apropiate, care nu prezintă acest mediu UV extrem. Totuși, discurile din pepiniere stelare masive sunt mai reprezentative pentru locul unde se formează majoritatea stelelor — și, implicit, al planatelor.
Prin includerea în studiu a lui XUE 1 din Nebuloasa Lobster, o zonă care găzduiește unele dintre cele mai masive și UV-luminoase stele din Calea Lactee, cercetătorii au testat dacă solidele formatoare de planete și volatilii pot supraviețui sub o iradiere externă susținută. Modelele termochimice sunt cruciale aici: ele traduc semnăturile spectrale observate în estimări ale temperaturii, abundențelor chimice și distribuției masei și dimensiunii granulelor de praf care vor deveni planetesimale și, în final, planete.
Rezultate cheie: disc compact, sărac în gaze la exterior, dar cu suficiente solide pentru a genera planete
Observațiile JWST dezvăluie semnături ale granulelor de praf și ale moleculelor în fază gazoasă în discul lui XUE 1. Ajustările modelului indică un disc compact — extinzându-se până la aproximativ 10 unități astronomice (AU), cam distanța dintre Soare și Saturn — și arată un deficit de gaz în regiunile exterioare. Echipa interpretează această compactare ca rezultat al fotoevaporării externe induse de surse UV puternice din apropiere: discul exterior a fost înlăturat, lăsând în urmă un disc interior mai mic și mai dens.
Important, discul interior încă conține material solid suficient pentru a forma mai multe planete de tip terestru. Studiul estimează destule solide pentru a produce cel puțin zece corpuri cu mase comparabile cu cea a lui Mercur. Prezența vaporilor de apă și a moleculelor care conțin carbon în cantități măsurabile sugerează, de asemenea, că rezervoare volatile capabile să contribuie la atmosferele planetare timpurii au rezistat atacului UV.
Konstantin Getman, coautor și profesor de cercetare la Penn State, observă că detectarea atât a prafului, cât și a moleculelor sprijină ideea că 'elementele de bază pentru formarea planetelor pot exista chiar și în medii cu radiație ultravioletă extremă.' În mod similar, autorul principal Bayron Portilla-Revelo subliniază că studiul discurilor din pepiniere stelare intense în UV abordează o lacună majoră în înțelegerea formării planetare în condiții galactice realiste.
Dovezi ale erodării discului și rolul fotoevaporării
Lipsa anumitor trasori moleculari sensibili la UV în spectrele JWST a ajutat echipa să deducă natura săracă în gaze a periferiei discului. Fotoevaporarea indusă de lumina UV externă elimină preferențial gazul mai puțin legat gravitațional și particulele mici de praf la raze mari, micșorând dimensiunea discului și posibil modificând cronologia și căile formării planetare. În ciuda acestei erodări, regiunile interioare pot rămâne suficient de dense și protejate pentru ca solidele să crească și să se aglomereze, permițând formarea planetelor stâncoase.
Eric Feigelson, senior distinguished scholar la Penn State și coautor, subliniază implicația mai largă: 'Aceste rezultate susțin ideea că planetele se formează în jurul stelelor chiar și atunci când discul natal este expus la radiație externă puternică,' o perspectivă care contribuie la explicarea abundentei sistemelor planetare din Caleaa Lactee în ciuda diversității mediilor.
Opinia unui expert
Dr. Amina Rahman, astrofiziciană specializată în evoluția discurilor (comentator independent): 'Acest studiu este o dovadă importantă de concept. Arată sensibilitatea JWST la semnăturile moleculare și de praf în medii provocatoare și demonstrează că fotoevaporarea nu sterilizează întotdeauna un disc. Mai degrabă, ea modelează discurile — adesea eliminând periferia, dar lăsând zone interioare unde asamblarea planetară poate continua. Acest lucru are consecințe majore pentru arhitectura și compoziția planetelor formate în roiuri stelare dense.'
Misiune și modelare: cum se completează JWST și instrumentele termochimice
JWST furnizează spectrele infraroșii de înaltă rezoluție necesare pentru a detecta benzile vibraționale moleculare și caracteristicile de stare solidă ale prafului. Modelele termochimice simulează apoi structura fizică și chimică a discurilor iradiate, ținând cont de încălzire, răcire, fotodisociere și reacții gaz-granulă. Iterând între observații și modele, echipa a restrâns profilul termic al discului, abundențele moleculare și masa prafului — parametri care sunt altfel greu de măsurat în sisteme îndepărtate, supuse UV intens.
Această metodologie combinată rafinează și predicțiile privind locurile din disc unde ar trebui să apară diferite molecule, informație utilă pentru campanii de urmărire cu JWST, ALMA și mari observatoare optice/infraroșu de la sol, precum Gemini Observatory.
Perspective viitoare: spre un recensământ al formării planetare în medii diverse
Studiul XUE 1 reprezintă un prim pas către un sondaj mai amplu al discurilor din pepiniere stelare masive. Extinderea eșantioanelor va clarifica cât de comune sunt discurile compacte procesate de UV și în ce măsură rezultatele formării planetare diferă față de regiunile mai liniștite. Astfel de lucrări vor îmbunătăți estimările demografiei exoplanetelor, în special frecvența și compoziția planetelor stâncoase formate în roiuri unde se nasc majoritatea stelelor.
Cercetarea subliniază, de asemenea, capacitatea transformatoare a JWST de a investiga chimia discului la distanțe și în condiții anterior inaccesibile. Combinate cu interferometre radio de la sol și cu telescoapele de generație următoare, aceste observații vor construi o imagine mai completă a formării planetelor în întreaga Cale a Lactee.
Concluzie
Observațiile JWST ale discului protoplanetar din jurul lui XUE 1 din Nebuloasa Lobster arată că, chiar și în regiuni scăldate în radiație ultravioletă extremă, un rezervor compact de praf și molecule volatile poate supraviețui suficient de mult pentru a semăna formarea planetelor stâncoase. Radiația UV externă pare să erodeze regiunile exterioare ale discului, generând structuri compacte și sărace în gaze, dar nu blochează neapărat formarea planetelor. Aceste rezultate extind viziunea asupra mediilor în care se formează planetele și subliniază importanța combinării observațiilor infraroșii de înaltă sensibilitate cu modelarea termochimică avansată pentru a înțelege formarea planetară în diversitatea mediilor stelare.
Sursa: scitechdaily
Comentarii