Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen voeren de eerste zoektocht uit naar het vormen van planeten met de James Webb Space Telescope

Twee spiraalarmen komen tevoorschijn uit de gasrijke schijf rond SAO 206462, een jonge ster in het sterrenbeeld Lupus. Deze afbeelding, verkregen door de Subaru-telescoop en zijn HiCIAO-instrument, is de eerste waarop spiraalarmen in een circumstellaire schijf te zien zijn. De afbeelding volgt het licht dat door de ster wordt uitgezonden en op het schijfoppervlak wordt verstrooid. De schijf zelf heeft een doorsnede van zo'n 22 miljard kilometer, wat ongeveer twee keer zo groot is als de baan van Pluto in ons eigen zonnestelsel. Credit:NAOJ/Subaru

Planeten ontstaan ​​in schijven van stof en gas, protoplanetaire schijven genoemd, die tijdens de uiteindelijke montage rond een centrale protoster draaien. Hoewel er enkele tientallen van dergelijke schijven in beeld zijn gebracht, zijn tot nu toe slechts twee planeten tijdens hun vorming betrapt. Nu richten astronomen de krachtige instrumenten aan boord van de James Webb Ruimtetelescoop op protoplanetaire schijven om vroege aanwijzingen te vinden over de manieren waarop planeten ontstaan, en hoe deze planeten hun geboorteschijf beïnvloeden.



Een drietal onderzoeken onder leiding van de Universiteit van Michigan, de Universiteit van Arizona en de Universiteit van Victoria combineerden de beelden van JWST met eerdere waarnemingen gedaan door de Hubble-ruimtetelescoop en de Atacama Large Millimeter Array, of ALMA, in Chili. Op basis van de aanvullende waarnemingen heeft het team JWST gebruikt om protoplanetaire schijven HL Tau, SAO 206462 en MWC 758 te observeren in de hoop eventuele planeten te kunnen detecteren die zich zouden kunnen vormen.

In de kranten, gepubliceerd in The Astronomical Journal hebben de onderzoekers voorheen ongeziene interacties tussen de planeetvormende schijf en het omhulsel van gas en stof rond de jonge sterren in het centrum van de protoplanetaire schijven samengevoegd.

Om een ​​planeet te vangen

De U-M-studie, geleid door U-M-astronoom Gabriele Cugno, richtte JWST op een schijf rond een protoster genaamd SAO 206462. Daar vonden de onderzoekers mogelijk een kandidaat-planeet die bezig was zich te vormen in een protoplanetaire schijf, maar het was niet de planeet die ze verwacht te vinden.

‘Verschillende simulaties suggereren dat de planeet zich binnen de schijf zou moeten bevinden, massief, groot, heet en helder. Maar we hebben hem niet gevonden. Dit betekent dat de planeet óf veel kouder is dan we denken, óf dat hij door sommigen wordt verduisterd. materiaal dat ons ervan weerhoudt het te zien”, zegt Cugno, ook co-auteur van alle drie de artikelen. "Wat we hebben gevonden is een andere kandidaat-planeet, maar we kunnen niet met 100% zekerheid zeggen of het een planeet of een zwakke achtergrondster of sterrenstelsel is die ons beeld vervuilt. Toekomstige waarnemingen zullen ons helpen precies te begrijpen waar we naar kijken." P>

Astronomen hebben de schijf in het verleden waargenomen, met name met de Hubble-ruimtetelescoop, de Subaru-telescoop, de Very Large Telescope en ALMA. Deze waarnemingen laten een schijf zien die bestaat uit twee sterke spiralen, die waarschijnlijk worden gelanceerd door een zich vormende planeet. De planeet die het U-M-team verwachtte te vinden is van het type dat een gasreus wordt genoemd; planeten die voornamelijk bestaan ​​uit waterstof en helium, vergelijkbaar met Jupiter in ons eigen zonnestelsel.

‘Het probleem is dat alles wat we proberen te detecteren honderdduizenden, zo niet miljoenen keren zwakker is dan de ster’, zegt Cugno. "Dat is hetzelfde als proberen een klein gloeilampje naast een vuurtoren te detecteren."

Om nauwkeuriger in de schijf te kijken, gebruikte het team een ​​instrument op JWST genaamd NIRCam. NIRCam detecteert infrarood licht en de astronomen gebruikten het instrument met behulp van een techniek die angular differentiële beeldvorming wordt genoemd. Deze techniek kan worden gebruikt om zowel de thermische straling van de planeet te detecteren, zoals het team heeft gedaan om de kandidaat-planeet te detecteren, als specifieke emissielijnen die verband houden met materiaal dat op de planeet valt en met hoge snelheid het oppervlak raakt.

"Wanneer materiaal op de planeet valt, schokt het aan het oppervlak en geeft het een emissielijn af op specifieke golflengten", zei Cugno. "We gebruiken een reeks smalbandfilters om deze aangroei te detecteren. Dit is al eerder vanaf de grond gedaan op optische golflengten, maar dit is de eerste keer dat dit met JWST in het infrarood is gedaan."

Deze artist's impression toont de vorming van een gasreuzenplaneet, ingebed in de schijf van stof en gas in de ring van stof rond een jonge ster. Een studie van de Universiteit van Michigan, geleid door U-M-astronoom Gabriele Cugno, richtte de James Webb-ruimtetelescoop op een protoplanetaire schijf rond een protoster genaamd SAO 206462, in de hoop een gasreuzenplaneet te vinden die bezig is zich te vormen. Krediet:ESO/L. Calçada

Het in beeld brengen van de 'grondstof' van planeten

Het artikel van de Universiteit van Victoria, geleid door astronomiestudent Camryn Mullin, beschrijft beelden van de schijf rond de jonge ster HL Tau.

"HL Tau is het jongste systeem in ons onderzoek en wordt nog steeds omgeven door een dichte instroom van stof en gas dat op de schijf valt", zegt Mullin, co-auteur van alle drie de onderzoeken. "We waren verbaasd over het detailniveau waarmee we dit omringende materiaal met JWST konden zien, maar helaas verduistert het alle signalen van potentiële planeten."

Het is bekend dat de schijf van HL Tau meerdere ringen en gaten op de schaal van ons zonnestelsel bevat waarin planeten kunnen schuilen.

‘Hoewel er heel veel bewijs is voor de voortgaande planeetvorming, is HL Tau te jong met te veel tussenliggend stof om de planeten rechtstreeks te kunnen zien’, zegt Jarron Leisenring, hoofdonderzoeker van de waarnemingscampagne op zoek naar vormende planeten en astronoom aan de universiteit. van het Arizona Steward Observatorium. "We zijn al begonnen met het kijken naar andere jonge systemen met bekende planeten om een ​​completer beeld te krijgen."

Tot verbazing van het team onthulde JWST echter onverwachte details van een ander kenmerk:de proto-stellaire envelop, die in wezen bestaat uit een dichte instroom van stof en gas rond de jonge ster die net begint samen te smelten, aldus Leisenring. Onder invloed van de zwaartekracht valt materiaal uit het interstellaire medium naar binnen op de ster en de schijf, waar het dient als grondstof voor planeten en hun voorlopers.

De UArizona-studie, geleid door Kevin Wagner, een NASA Hubble/Sagan Fellow bij het UArizona Steward Observatory, onderzocht de protoplanetaire schijf van MWC 758. Net als bij SAO 206462 onthulden eerdere waarnemingen door het door de UArizona geleide team spiraalarmen die zich in de schijf vormden, wat erop duidt op een enorme planeet die rond zijn moederster draait.

Hoewel er tijdens de meest recente waarnemingen geen nieuwe planeten in de schijf zijn gedetecteerd, is de gevoeligheid baanbrekend, zeggen de onderzoekers, omdat ze hierdoor de strengste beperkingen tot nu toe kunnen opleggen aan de verdachte planeten. Ten eerste sluiten de resultaten het bestaan ​​uit van extra planeten in de buitenste gebieden van MWC 758, wat overeenkomt met een enkele gigantische planeet die de spiraalarmen aandrijft.

‘Het ontbreken van planeten die in alle drie de systemen zijn gedetecteerd, vertelt ons dat de planeten die de gaten en spiraalarmen veroorzaken, te dicht bij hun gaststerren staan ​​of te zwak zijn om met JWST te worden gezien’, zegt Wagner, co-auteur van alle drie de onderzoeken. . "Als dit laatste waar is, vertelt het ons dat ze een relatief lage massa hebben, een lage temperatuur hebben, gehuld zijn in stof, of een combinatie van de drie, zoals waarschijnlijk het geval is in MWC 758."

De zoektocht naar het vormen van planeten gaat door

Het vangen van planeten tijdens hun vorming is belangrijk omdat astronomen niet alleen informatie kunnen verzamelen over het vormingsproces, maar ook over hoe chemische elementen door een planetenstelsel worden verspreid.

"Slechts ongeveer 15 procent van de sterren zoals de zon heeft planeten zoals Jupiter. Het is erg belangrijk om te begrijpen hoe ze ontstaan ​​en evolueren, en om onze theorieën te verfijnen", zegt U-M Michael Meyer, U-M-astronoom en co-auteur van alle drie de onderzoeken. "Sommige astronomen denken dat deze gasreuzenplaneten de toevoer van water naar rotsachtige planeten die zich in de binnenste delen van de schijven vormen, reguleren."

Weten hoe deze schijven door gasreuzen worden gevormd, zal astronomen uiteindelijk helpen de eigenschappen en evolutie te begrijpen van protoplanetaire schijven die later aanleiding geven tot rotsachtige, aardachtige planeten, zei Meyer.

"In principe hebben we in elke schijf die we met een voldoende hoge resolutie en gevoeligheid hebben waargenomen, grote structuren gezien zoals gaten, ringen en, in het geval van SAO 206462, spiralen," zei Cugno. ‘De meeste, zo niet al deze structuren kunnen worden verklaard door het vormen van planeten die interageren met het schijfmateriaal, maar er bestaan ​​ook andere verklaringen waarbij de aanwezigheid van reuzenplaneten niet betrokken is.

‘Als we erin slagen deze planeten eindelijk te zien, kunnen we sommige structuren verbinden met vormende metgezellen en vormingsprocessen in veel latere stadia relateren aan de eigenschappen van andere systemen. We kunnen eindelijk de punten met elkaar verbinden en begrijpen hoe planeten en planetaire systemen evolueren naarmate een geheel."

Meer informatie: Kevin Wagner et al., JWST/NIRCam-beeldvorming van jonge stellaire objecten. I. Beperkingen voor planeten buiten de spiraalschijf rond MWC 758, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad11d5

Gabriele Cugno et al, JWST/NIRCam-beeldvorming van jonge stellaire objecten. II. Diepgaande beperkingen voor gigantische planeten en een kandidaat-planeet buiten de spiraalvormige schijf rond SAO 206462, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1ffc

Camryn Mullin et al, JWST/NIRCam-beeldvorming van jonge stellaire objecten. III. Gedetailleerde beeldvorming van de nevelomgeving rond de HL Tau-schijf, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad2de9

Journaalinformatie: Astronomisch tijdschrift

Aangeboden door Universiteit van Michigan




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe het toedieningssysteem van het lichaam kan leiden tot gerichte therapieën
  2. Gespecialiseerde cellen in het lichaam
  3. Nestgebieden van schildpadden volgen
  4. Als je Google het woord vinkje gebruikt, help je de wetenschap
  5. Een nieuwe manier om mRNA-genomen af ​​te leveren:nucleocapsiden met evolutionaire eigenschappen
  6. Hoe zwemmen waterschimmelsporen?
  7. De IQ-schaal:wat betekent uw IQ-score echt?
  8. Een wapenwedloop over voedselverspilling:kaketoes in Sydney openen nog steeds vuilnisbakken aan de straatkant, ondanks onze inspanningen om ze tegen te houden
  9. Chimerisme:je kunt je eigen tweeling zijn

Wetenschap