Skaliste planety mogą formować się w ekstremalnych warunkach
Astronomowie z Europejskiej Agencji Kosmicznej, opierając się na badaniach prowadzonych dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba, dowiedli, że skaliste planety podobne do naszej mogą powstawać w znacznie bardziej ekstremalnym środowisku, niż zakładano, charakteryzującym się wysokim promieniowaniem ultrafioletowym, które istotnie skraca czas istnienia dysku gwiezdnego.
Międzynarodowy zespół astronomów dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba dostarczył nam pierwszych obserwacji wody i innych cząstek pochodzących z wewnętrznej części dysku gwiazdy o dużej masie. Znalezienie takich cząstek oznacza możliwość istnienia tam skalistych planet, podobnych do tych pochodzących z naszego Układu Słonecznego. To odkrycie prowadzi do konkluzji, że skaliste planety mogą formować się także na dyskach wokół gwiazd o bardzo dużej masie, znacząco przekraczających masę Słońca i tworzących bardzo nieprzyjazne – wydawałoby się – środowisko.
Opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters badania to pierwsze wyniki projektu eXtreme UV Environments (XUE) realizowane w ramach programu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Projekt ten skupia się na charakterystyce dysków plenetotwórczych, w których centrum znajduje się masywna, formująca się dopiero gwiazda. Obszar naszej Galaktyki, gdzie istnieje najwięcej takich masywnych gwiazd, jest też prawdopodobnie obszarem, gdzie narodziło się najwięcej układów planetarno-gwiezdnych.
Program XUE ma na celu przebadanie 15 dysków w trzech obszarach Mgławicy Homara (znanej też jako NGC 6357), potężnej mgławicy znajdującej się około 5,5 tysiąca lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Skorpiona. Mgławica Homara jest jedną z najmłodszych i najbliższych nam masywnych formacji gwiezdnych, w której znajdują się najpotężniejsze gwiazdy naszej galaktyki.
Masywne gwiazdy są znacznie gorętsze od Słońca i dlatego emitują więcej promieniowania ultrafioletowego. Może to powodować rozpraszanie się gazu i sprawiać, że oczekiwany czas życia dysku będzie wynosić zaledwie milion lat. Dzięki Teleskopowi Webba astronomowie mogą badać wpływ promieniowania UV na wewnętrzne obszary dysków protoplanetarnych wokół gwiazd, takich jak nasze Słońce, w których powstają planety skaliste. Żaden inny teleskop nie daje takich możliwości.
Pierwszy obserwowany układ gwiezdny, nazwany XUE 1, znajduje się w pobliżu kilka bardzo masywnych gwiazd NGC 6357, a to oznacza, że stale, przez cały okres swojego istnienia, jest nastawiony na bardzo intensywne promieniowanie UV. Pomimo tak ekstremalnego środowiska naukowcy natknęli się na ślad cząstek stanowiących budulec skalnych planet.
– Odkryliśmy, że wewnętrzny dysk wokół XUE 1 jest zadziwiająco podobny do dysków w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych – powiedział Rens Waters z Uniwersytetu Radboud w Holandii, członek zespołu astronomów. – Wykryliśmy wodę i inne cząsteczki, takie jak tlenek węgla, dwutlenek węgla, cyjanowodór i acetylen. Jednak znaleziona emisja była słabsza, niż przewidywały niektóre modele. Może to sugerować mały promień zewnętrzny dysku.
– Byliśmy zaskoczeni i podekscytowani, ponieważ po raz pierwszy wykryto te cząsteczki w tak ekstremalnych warunkach – dodał Lars Cuijpers z Uniwersytetu Radboud.
Badacze uważają, że przedstawione wyniki to „dobra wiadomość dla powstawania planet skalistych”, w tym sensie, że warunki panujące na dysku wewnętrznym XUE 1 przypominają te panujące w dobrze zbadanych dyskach znajdujących się w pobliskich obszarach gwiazdotwórczych, gdzie powstają jedynie gwiazdy o małej masie. Sugeruje to, że planety skaliste mogą powstawać w znacznie szerszym zakresie środowisk, niż wcześniej sądzono.
Czy zostanie to potwierdzone – to zależy od kolejnych badań w programie XUE.
– XUE 1 jest przykładem na to, że w tak ekstremalnym środowisku istnieją warunki do powstawania planet skalistych. Następnym krokiem jest sprawdzenie, jak powszechne jest to zjawisko – mówi Ramírez-Tannus z Instytutu Astronomii Maxa Plancka, pierwszy autor badań. – Będziemy obserwować inne dyski w tym samym regionie, aby określić częstotliwość, z jaką można obserwować te warunki.
Badania: María Claudia Ramírez-Tannus et al, XUE: Molecular Inventory in the Inner Region of an Extremely Irradiated Protoplanetary Disk, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/ad03f8
Opracowano na podstawie artykułu Webb study reveals rocky planets can form in extreme environments opublikowanego na portalu Phys.org, dostarczonego przez Europejską Agencję Kosmiczną.
