JWST otkriva kako planeti gube plin u utrci s vremenom

Svemirski teleskop James Webb (JWST) otkrio je da planeti moraju žuriti — plin koji im je nužan za formiranje nestaje u vjetrovima koji se mijenjaju kako sustav stari.

Istraživanje koje je predvodio Naman Bajaj sa Sveučilišta u Arizoni, a koje je objavljeno u The Astronomical Journalu, proučilo je 72 mlade zvijezde slične Suncu i njihove protoplanetarne diskove. Riječ je o jednom od najvećih istraživanja formiranja planeta pomoću JWST-a, a rezultati pokazuju da različiti tipovi vjetrova dominiraju u različitim fazama ranog života planetarnog sustava.

Znanstvenici su pratili dva znaka izlazećeg plina: molekularni vodik, najčešću molekulu u protoplanetarnim diskovima, te ionizirani neon. Mladi sustavi koji još uvijek šalju materijal na svoje zvijezde pokazuju snažne mlazove i široke vjetrove od molekularnog i atomskog plina. Ti tokovi odgovaraju onome što znanstvenici očekuju od vjetrova koje pokreću magnetska polja koja prolaze kroz disk.

Od magnetskih vjetrova do fotoevaporacije

Kako sustavi stare i sve manje materijala pada na zvijezdu, mlazovi slabe, a vjetrovi postaju uglavnom atomski. Visokoenergetsko zračenje zvijezde tada dopire kroz tanji materijal i zagrijava plin u disku dok ne pobjegne — proces poznat kao fotoevaporacija.

Istraživači su u 66 od 72 diska pronašli proširene emisije molekularnog vodika i ioniziranog neona. Konusne vjetrove molekularnog vodika vidjeli su u 46 sustava, a brze neonove mlazove u 40. Svaki sustav s neonovim mlazom također je imao znakove vjetra kojeg prati molekularni vodik ili kisik.

Rezultati pokazuju da nijedan pojedinačni proces ne kontrolira nestanak diska koji oblikuje planete. Umjesto toga, planetarni sustavi prelaze iz rane faze sa snažnim, magnetski pokretanim mlazovima u kasniju fazu gdje atomski vjetrovi, uključujući fotoevaporativne, igraju veću ulogu.

Ovo otkriće postavlja ključno pitanje koje izvor ne postavlja: ako je plin u diskovima glavni sastojak za divovske planete poput Jupitera i Saturna, koliko je zapravo naš Sunčev sustav bio blizu toga da ostane bez tih planeta? Naš je sustav star oko 4,5 milijardi godina i danas je uglavnom prazan prostor, no u prvih nekoliko milijuna godina Sunce je bilo okruženo gustim diskom sa stotinom puta više plina nego prašine.

Uma GortiZnanstvenica sa SETI Instituta i koautorica studije, desetljećima proučava kako se protoplanetarni diskovi razvijaju i raspršuju. Njezin teorijski rad o tome kako ultraljubičasto i X-zračenje mladih zvijezda pokreće fotoevaporativne vjetrove sada je povezan s opažanjima desetaka planetarnih sustava.

Ovo istraživanje nadovezuje se na raniji rad istog tima. Prošle godine Bajaj i Gorti koristili su JWST za snimanje plina koji se odnosi s diska oko mlade zvijezde T Cha. Ta je studija pokazala da JWST može izravno proučavati raspršivanje diska u pojedinačnom sustavu; nova istraživanja proširuju taj pristup na desetke zvijezda.

Sljedeći cilj znanstvenika je otkriti točno koliko plina ti vjetrovi uklanjaju tijekom vremena i iz kojeg dijela diska materijal dolazi. Ta bi mjerenja mogla pomoći u razumijevanju ne samo koliko brzo se zatvara prozor za formiranje planeta, nego i gdje različite vrste planeta mogu nastati prije nego im ponestane plina.

Planetarna formacija oduvijek je bila utrka s vremenom — pitanje je samo koliko je ta utrka zapravo kratka. JWST nam sada daje prvi jasan uvid u to kako se pravila mijenjaju kako sustavi stare, a odgovor bi mogao objasniti zašto naš Sunčev sustav izgleda upravo ovako.