Hubble dokonał kontrowersyjnego odkrycia – ale James Webb potwierdza i rozwiązuje zagadkę

James Webb właśnie rozwiązał zagadkę:Dyski tworzące planety żyły najdłużej we wczesnym Wszechświecie.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA/ESA/CSA właśnie rozwiązał zagadkę, udowadniając kontrowersyjne odkrycie dokonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a ponad 20 lat temu.

W 2003 roku Hubble dostarczył dowodów na istnienie a masywna planeta wokół bardzo starej gwiazdyprawie tak stary jak Wszechświat. Gwiazdy te zawierają jedynie niewielkie ilości cięższych pierwiastków, z których powstają planety. Oznacza to, że Niektóre formacje planetarne miały miejsce, gdy nasz Wszechświat był bardzo młodya planety te zdążyły uformować się i urosnąć w swoich pierwotnych dyskach, stając się nawet większe niż Jowisz. Ale Jak? To było bardzo intrygujące.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze wykorzystali Webba badać gwiazdy w pobliskiej galaktyce że podobnie jak wczesny Wszechświat, nie zawiera dużej ilości ciężkich pierwiastków. Odkryli, że nie tylko niektóre gwiazdy w tej galaktyce mają dyski, w których powstają planety, ale że dyski te żyją dłużej niż dyski obserwowane wokół młodych gwiazd w naszej Drodze Mlecznej.

„Dzięki Webbowi mamy bardzo mocne potwierdzenie tego, co widzieliśmy za pomocą Hubble’a i musimy ponownie przemyśleć, w jaki sposób modelujemy powstawanie i wczesną ewolucję planet w młodym Wszechświecie” – powiedział kierownik badań Guido De Marchi z Europejskiego Centrum ESA Technologii i Badań Kosmicznych w Noordwijk w Holandii.

Na początku inne środowisko

We wczesnym Wszechświecie gwiazdy powstały głównie z wodór mi hel, oraz bardzo niewiele cięższych pierwiastków, takich jak węgiel i żelazo, które powstały później w wyniku eksplozji supernowych.

„Obecne modele przewidują, że przy tak małej liczbie cięższych pierwiastków dyski wokół gwiazd mają krótki czas życia, tak krótki, że planety nie mogą rosnąć” – powiedziała Elena Sabbi, współautorka badania Webb, główny naukowiec z Obserwatorium Gemini w NSF (National Science Fundacja) NOIRLab w Tucson, USA. „Ale Hubble widział te planety, więc co, jeśli modele nie są prawidłowe, a dyski mogły żyć dłużej?”

Aby przetestować ten pomysł, naukowcy wskazali Webba na Mały Obłok Magellana, galaktykę karłowatą będącą jedną z najbliższych sąsiadek Drogi Mlecznej. W szczególności zbadali masywną gromadę gwiazdotwórczą NGC 346, w której również występuje względny niedobór cięższych pierwiastków. Gromada służyła jako sąsiadujący obiekt zastępczy do badania środowisk gwiazdowych o podobnych warunkach we wczesnym i odległym Wszechświecie.

Obserwacje NGC 346 wykonane przez Hubble’a w połowie XXI wieku ujawniły wiele gwiazd w wieku około 20 do 30 milionów lat, które zdawały się nadal posiadać wokół siebie dyski tworzące planety. Ten fakt zaprzecza konwencjonalne przekonanie, że takie dyski rozproszyłyby się po 2 lub 3 milionach lat.

„Odkrycia Hubble’a były kontrowersyjne, sprzeczne nie tylko z dowodami empirycznymi w naszej Galaktyce, ale także z obecnymi modelami” – De Marchi. „To było intrygujące, ale bez sposobu na uzyskanie widm tych gwiazd nie mogliśmy tak naprawdę ustalić, czy jesteśmy świadkami prawdziwej akrecji i obecności dysków, czy tylko jakichś sztucznych efektów”.

Teraz, dzięki czułości i rozdzielczości Webba, naukowcy mają możliwość pierwsze widma formujących się gwiazd, podobnych do Słońcaoraz ich bezpośrednie otoczenie w pobliskiej galaktyce.

„Widzimy, że gwiazdy te rzeczywiście są otoczone dyskami i nadal są w trakcie połykania materii, nawet mając stosunkowo stary wiek, wynoszący 20–30 milionów lat” – powiedział De Marchi. „To oznacza również, że planety mają więcej czasu na uformowanie się i rosną wokół tych gwiazd niż w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych w naszej Galaktyce.”

Nowy sposób myślenia

Odkrycie to obala wcześniejsze przewidywania teoretyczne, że gdy w gazie otaczającym dysk będzie niewiele cięższych pierwiastków, gwiazda bardzo szybko zdmuchnie dysk. Zatem, żywotność dysku byłaby bardzo krótka, nawet mniejsza niż milion lat. Ale jeśli dysk nie pozostanie wokół gwiazdy wystarczająco długo, aby ziarna pyłu połączyły się i utworzyły kamyczki, które stały się jądrem planety, Jak mogą powstawać planety?

Naukowcy wyjaśnili, że może tak być dwa różne mechanizmylub nawet ich kombinację, dzięki czemu dyski tworzące planety utrzymują się w środowiskach zawierających niewiele cięższych pierwiastków.

Po pierwsze, aby móc zdmuchnąć płytę, należy wykonać tzw gwiazda przykłada ciśnienie promieniowania. Aby to ciśnienie było skuteczne, w gazie musiałyby znajdować się pierwiastki cięższe od wodoru i helu. Ale masywna gromada gwiazd NGC 346 zawiera tylko około dziesięciu procent najcięższych pierwiastków obecnych w składzie chemicznym naszego Słońca. Być może gwiazda w tej gromadzie potrzebuje więcej czasu na rozproszenie dysku.

Druga możliwość jest taka, że ​​gwiazda podobna do Słońca musiałaby uformować się z niewielkiej liczby cięższych pierwiastków zacząć od większej chmury gazu. Większa chmura gazu wytworzy większy dysk. Zatem w dysku jest więcej masy i dlatego wyrzucenie dysku zajęłoby więcej czasu, nawet gdyby ciśnienie promieniowania działało w ten sam sposób.

„Większa ilość materii wokół gwiazd akrecja trwa dłużej” – stwierdziła Sabbi. „Znikanie dysków trwa dziesięć razy dłużej. Ma to wpływ na sposób formowania się planety i rodzaj architektury systemu, jaki można zastosować w tych różnych środowiskach. To bardzo ekscytujące.”

Artykuł naukowy zespołu ukazał się w czasopiśmie The Astrophysical Journal z 16 grudnia 2024 roku.