JWST documenta l'ipotesi della formazione del pianeta

4 marzo 2024, Mountain View, California – Il James Webb Space Telescope (JWST) sta aiutando gli scienziati a scoprire come si formano i pianeti migliorando la comprensione dei loro luoghi di nascita e dei dischi circumstellari che circondano le giovani stelle, in un articolo pubblicato su The Astronomical Journal. Un gruppo di scienziati guidati da Naman Bajaj dell'Università dell'Arizona e comprendente la dottoressa Uma Gorti del SETI Institute hanno ripreso, per la prima volta, i venti di un antico disco di formazione planetaria (ancora molto giovane rispetto al Sole) la cui attività viene disperso dal gas contenuto. Il disco era stato ripreso in precedenza e il vento non era stato ripreso da dischi più vecchi. Sapere quando il gas si sta diffondendo è importante, perché limita il tempo rimanente ai pianeti emergenti per consumare il gas dall’ambiente circostante.

Al centro di questa scoperta c'è l'osservazione di TCha, una stella giovane (rispetto al Sole) circondata da un disco in erosione caratterizzato da un ampio gap di polvere, con un raggio di circa 30 UA. Per la prima volta, gli astronomi hanno fotografato il gas disperso (noto anche come vento) utilizzando le quattro linee dei gas nobili neon (Ne) e argon (Ar), una delle quali è la prima rilevazione in un disco di formazione planetaria. foto [Ne II] Si scopre che il vento proviene da una regione estesa del disco. Il team, tutti membri del programma JWST guidato da Ilaria Pascucci (Università dell’Arizona), è anche interessato a scoprire come avviene questo processo in modo da poter comprendere meglio la storia e l’impatto sul nostro sistema solare.

“Questi venti potrebbero essere guidati da fotoni stellari ad alta energia (luce stellare) o dal campo magnetico che intreccia il disco che forma il pianeta”, ha detto Naman.

Uma Gorti del SETI Institute ha condotto ricerche sulla diffusione del disco per decenni e lei e il suo collega hanno previsto la potente emissione di argon ora rilevata dal telescopio spaziale James Webb. È “entusiasta di poter finalmente analizzare le condizioni fisiche del vento per capire come lanciarle”.

I sistemi planetari come il nostro sistema solare sembrano contenere più corpi rocciosi di quelli ricchi di gas. Questi includono i pianeti interni attorno al nostro Sole, la cintura degli asteroidi e la cintura di Kuiper. Ma gli scienziati sanno da tempo che i dischi che formano i pianeti iniziano con una massa 100 volte maggiore nel gas che nei solidi, il che porta a una domanda urgente: quando e come la maggior parte del gas lascia il disco/sistema?

Durante le primissime fasi della formazione del sistema planetario, i pianeti si assemblano in un disco rotante di gas giovane e polvere attorno alla giovane stella. Queste particelle si raggruppano, accumulandosi in pezzi sempre più grandi chiamati planetesimi. Nel corso del tempo, questi planetesimi si scontrano e si uniscono, formando infine i pianeti. Il tipo, la dimensione e la posizione dei pianeti che si formano dipendono dalla quantità di materia disponibile e da quanto tempo rimane nel disco. Pertanto, l'esito della formazione dei pianeti dipende dall'evoluzione e dalla propagazione del disco.

Lo stesso gruppo, in un altro articolo guidato dal dottor Andrew Sellick dell'Osservatorio di Leiden, ha eseguito simulazioni della diffusione causata dai fotoni stellari per distinguere tra i due. Hanno confrontato queste simulazioni con osservazioni reali e hanno scoperto che la diffusione da parte di fotoni stellari ad alta energia potrebbe spiegare le osservazioni e quindi non può essere esclusa come possibilità. Andrew ha descritto come “la misurazione simultanea di tutte e quattro le linee da parte del telescopio spaziale James Webb si è rivelata importante nella caratterizzazione dei venti e ci ha aiutato a dimostrare che vengono disperse grandi quantità di gas”. Per contestualizzare la questione, i ricercatori calcolano che la massa dispersa ogni anno equivale alla massa della Luna! Un documento complementare, attualmente in fase di revisione da parte dell’Astronomical Journal, descriverà in dettaglio questi risultati.

IL [Ne II] La linea è stata rilevata per la prima volta verso diversi dischi di formazione planetaria nel 2007 utilizzando il telescopio spaziale Spitzer ed è stata rapidamente identificata come tracciante del vento dal leader del progetto, il professor Pascucci dell'Università dell'Arizona; Questi sforzi di ricerca in evoluzione si sono concentrati sulla comprensione della dispersione del gas del disco. Scoperta spazialmente risolta [Ne II] Il primo rilevamento [Ar III] L’uso del telescopio spaziale James Webb potrebbe essere il prossimo passo verso il cambiamento della nostra comprensione di questo processo.

Il professor Richard Alexander, della Scuola di Fisica dell'Università di Leicester, ha dichiarato: “Abbiamo utilizzato per la prima volta NEON per studiare i dischi di formazione dei pianeti più di dieci anni fa, testando le nostre simulazioni computazionali confrontandole con i dati di Spitzer e con le nuove osservazioni ottenute utilizzando il VLT dell'ESO. .” Astronomia. Abbiamo imparato molto, ma quelle osservazioni non ci hanno permesso di misurare quanta massa perdono i dischi. I nuovi dati del telescopio spaziale James Webb sono sorprendenti e poter analizzare i movimenti del disco in immagini è qualcosa che non avrei mai creduto possibile. Con più osservazioni come queste, il telescopio spaziale James Webb ci consentirà di comprendere i sistemi planetari emergenti come mai prima d’ora.

Inoltre, il gruppo ha anche scoperto che il disco interno di T Cha si evolve su scale temporali molto brevi di decenni; Hanno scoperto che lo spettro JWST di T Cha differisce dal precedente spettro di Spitzer. Secondo Qingyan Xie dell’Università dell’Arizona, autore principale di questo lavoro in corso, questa discrepanza può essere spiegata da un piccolo disco interno asimmetrico che ha perso parte della sua massa in soli 17 anni. Combinato con altri studi, ciò indica anche che il disco T Cha è alla fine del suo sviluppo. “Potremmo essere in grado di vedere tutta la massa di polvere nel disco interno di T Cha dissiparsi nel corso della nostra vita!”, aggiunge Qingyan.

Le implicazioni di questi risultati forniscono nuove informazioni sulle complesse interazioni che portano alla dispersione di gas e polveri essenziali per la formazione dei pianeti. Comprendendo i meccanismi alla base della dispersione del disco, gli scienziati possono prevedere meglio le tempistiche e gli ambienti che portano alla nascita planetaria. Il lavoro del team dimostra la potenza del telescopio spaziale James Webb e definisce una nuova via da seguire nell'esplorazione delle dinamiche della formazione planetaria e dell'evoluzione dei dischi circumstellari.

I dati utilizzati in questo lavoro sono stati acquisiti utilizzando lo strumento JWST/MIRI attraverso il programma PID 2260 del Corso General Controllers 1 (PI: I. Pascucci). Il gruppo di ricerca comprende Naman Bajaj (studente laureato), la professoressa Ilaria Pascucci, la dottoressa Uma Gorti, il professor Richard Alexander, il dottor Andrew Sellick, la dottoressa Jane Morrison, il professor András Gaspar, la professoressa Cathy Clark, Qingyan Xie (studente laureato) e la dottoressa Julia Palabio ., Dingshan Ding (studente laureato).