Teleskop Webba odkrywa tajemniczy skarb węgla wokół młodej gwiazdy

za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaNaukowcy odkryli bogatą różnorodność cząsteczek węgla w dysku protoplanetarnym wokół gwiazdy o małej masie, co sugeruje unikalny typ środowiska powstawania planet, które może prowadzić do powstawania planet ubogich w węgiel.

Międzynarodowy zespół astronomów badał dysk gazu i pyłu wokół młodej gwiazdy o bardzo małej masie za pomocą… NASAKosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Wyniki ujawniają największą liczbę cząsteczek zawierających węgiel, jaką kiedykolwiek zaobserwowano w takim dysku. Wyniki te mają wpływ na potencjalny skład wszelkich planet, które mogą powstać wokół tej gwiazdy.

Implikacje dla powstawania planet

Planety skaliste częściej powstają wokół gwiazd o małej masie niż gazowych olbrzymów, co czyni je najpowszechniejszymi planetami krążącymi wokół najpowszechniejszych gwiazd w naszej galaktyce. Niewiele wiadomo na temat chemii tych światów, które mogą być podobne do Ziemi lub bardzo od niej różne. Badając dyski, z których powstają takie planety, astronomowie mają nadzieję lepiej zrozumieć proces powstawania planet i skład powstałych planet.

Dyski tworzące planety wokół gwiazd o bardzo małej masie są trudne do zbadania, ponieważ są mniejsze i słabsze niż dyski wokół gwiazd o dużej masie. Celem programu o nazwie MIRI (Mid-Infrared Instrument) do badania dysków w podczerwieni średniego zasięgu (MINDS) jest wykorzystanie unikalnych możliwości Webba do zbudowania pomostu pomiędzy składem chemicznym dysków a właściwościami egzoplanet.

„Webb ma lepszą czułość i rozdzielczość widmową niż poprzednie teleskopy kosmiczne na podczerwień” – wyjaśniła główna autorka Aditya Araphavi z Uniwersytetu w Groningen w Holandii. „Te obserwacje nie są możliwe z Ziemi, ponieważ emisje z dysku są blokowane przez naszą atmosferę”.

Widmo gwiazdy ISO-ChaI 147 odkryte przez instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pokazuje najbogatszy skład chemiczny węglowodorów, jaki kiedykolwiek zaobserwowano w dysku protoplanetarnym, składającym się z 13 cząsteczek zawierających węgiel. Obejmuje to pierwsze pozasłoneczne odkrycie etanu (C2H6). Zespołowi udało się także po raz pierwszy wykryć etylen (C2H4), propen (C3H4) i rodnik metylowy CH3 w dysku protoplanetarnym. Źródło obrazu: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)

Pionierskie odkrycia w chemii egzoplanetarnej

W ramach nowych badań zespół ten zbadał obszar wokół gwiazdy o bardzo małej masie, znanej jako ISO-ChaI 147, gwiazdy w wieku od 1 do 2 milionów lat, która waży zaledwie 0,11 masy Słońca. Widmo ujawnione przez instrument MIRI Webba pokazuje najbogatszy skład chemiczny węglowodorów, jaki kiedykolwiek zaobserwowano w dysku protoplanetarnym – łącznie 13 różnych cząsteczek zawierających węgiel. Odkrycia zespołu obejmują pierwsze odkrycie etanu (C₂H₆) poza naszym Układem Słonecznym, a także etylen (C₂H₄), propen (ok₃H₄) i rodnik metylowy CH₃.

„Te cząsteczki zostały już wykryte w naszym Układzie Słonecznym, na przykład w kometach takich jak 67P/Churyumov-Gerasimenko i C/2014 Q2 (Lovejoy)” – dodał Arabhavi. „Webb pozwolił nam zrozumieć, że te cząsteczki węglowodorów są nie tylko różnorodne, ale także obfite. To niesamowite, że możemy teraz zobaczyć taniec tych cząsteczek w kolebce planet. Jest to zupełnie inne środowisko powstawania planet o których zwykle myślimy.”

Zespół wskazuje, że wyniki te mają poważne implikacje dla chemii wewnętrznego dysku i planet, które mogą się tam formować. Ponieważ Webb odkrył, że gaz w dysku jest bardzo bogaty w węgiel, prawdopodobnie w materiałach stałych, z których powstają planety, pozostało go niewiele. W rezultacie powstające tam planety mogą okazać się ubogie w węgiel. (Samą Ziemię uważa się za ubogą w węgiel.)

„To bardzo różni się od składu, który widzimy w dyskach wokół gwiazd typu słonecznego, gdzie dominują cząsteczki przenoszące tlen, takie jak woda i dwutlenek węgla” – dodała członkini zespołu Inga Kamp, również z Uniwersytetu w Groningen. „Ten obiekt udowadnia, że ​​jest to wyjątkowa klasa organizmów.”

„To niesamowite, że możemy wykryć i określić ilościowo cząsteczki, które dobrze znamy na Ziemi, takie jak benzen, w obiekcie oddalonym o ponad 600 lat świetlnych” – dodała członkini zespołu Agnès Perrin z Centre National de la Recherche Scientifique. we Francji.

Przyszłe kierunki badań

Następnie zespół naukowy zamierza rozszerzyć swoje badania, aby objąć większą próbkę tych dysków wokół gwiazd o bardzo małej masie, aby lepiej zrozumieć, jak powszechne lub niezwykłe są ziemskie obszary powstawania planet, bogate w węgiel. „Poszerzenie naszych badań pozwoli nam również lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają te cząsteczki” – wyjaśnił członek zespołu i główny badacz MINDS, Thomas Henning z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Niemczech. „Wiele cech danych Webba również pozostaje niezidentyfikowanych, dlatego konieczna jest dalsza analiza spektralna, aby w pełni zinterpretować nasze obserwacje”.

Praca ta podkreśla również krytyczną potrzebę współpracy naukowców między dyscyplinami. Zespół zauważa, że ​​te wyniki i towarzyszące im dane mogą wnieść wkład w inne dziedziny, w tym fizykę teoretyczną, chemię i astrochemię, w interpretację widm i badanie nowych cech w tym zakresie długości fal.

Aby dowiedzieć się więcej o tym odkryciu, zobacz artykuł Web ujawnia sekrety bogatych w węgiel dysków protoplanetarnych.

Odniesienie: „Obfite węglowodory w dysku wokół gwiazdy o niezwykle małej masie”: A. M. Arabhavi, I. Kamp, Th. Henning, EF van Dishoek, V. Chrześcijanie, D. Gazman, A. Perrina, M. Goodale, B. Tabone, J. Kanwar, LB Waters, I. Pascucci, M. Samland, J. Perotti, J. Bitoni, S. L. Grant, P. O. Lagage, T. B. Ray, P. Vandenbosch, O. Apsel, I. Argirio, De Parrado, A. Bocaletti, J. Bowman, A. Carati O. Jarati, A.M. Glauser, F. Lahuis, M. Müller, J. Olofsson, E. Pantin, S. Chitawar, M. Morales-Calderon, R. Franceschi, H. Zhang, N. Pawlik, D. Rodgers-Lee, J. Schreibera, K. Schwartz, M. Temminck, M. Płomień. , C. Wrighta, L. Colina, J. Austin, 6 czerwca 2024 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adi8147

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna).