Planety, które powstają jak gwiazdy? Nowe odkrycia teleskopu Webba

Zaobserwowane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba (JWST) obiekty sprawiły nieco zamieszania w środowisku astronomów, zaburzając przyjęte koncepcje dotyczące formowania się planet i gwiazd. Dostarczają nowych dowodów na to, że te same procesy kosmiczne, które dają początek gwiazdom, mogą również formować mniejsze obiekty, tylko nieznacznie większe od Jowisza.

Uważa się, że planety formują się w dysku protoplanetarnym wokół młodej gwiazdy. Powstają z drobinek pyłu i lodu, które zderzają się i łączą się ze sobą. Z czasem powstają tzw. planetozymale – obiekty na tyle duże, że ich grawitacja przeciwdziała ucieczce drobinek powstałych podczas zderzeń, ostatecznie gromadząc wystarczająco dużo materiału, aby utworzyć planetę.

Natomiast gwiazdy powstają z gęstych obłoków materii. Gdy obłok materii jest wystarczająco masywny, zapada się pod własnym ciężarem tworząc protogwiazdę. Gdy gęstość i temperatura są wystarczająco wysokie, dochodzi do inicjacji reakcji syntezy termojądrowej i powstaje gwiazda. Z resztek materii, która nie została wchłonięta przez młodą gwiazdę, tworzy się dysk akrecyjny, z którego formują się planety. Proces formowania się gwiazd trwa dziesiątki milionów lat.

Obiekty dostrzeżone przy pomocy JWST mają masę planet, ale wydaje się, że powstały w sposób taki jak gwiazdy. Obserwacje te mogą przyczynić się do rozwoju nowych modeli formowania się planet. Ich opis został przyjęty do publikacji w "The Astronomical Journal". Jest też dostępny w bazie pre-printów ArXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2408.12639).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

- Badamy granice procesu formowania się gwiazd - powiedział główny autor publikacji Adam Langeveld, astrofizyk z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. - Jeśli masz obiekt, który wygląda jak młody Jowisz, czy możliwe jest, że mógłby stać się gwiazdą w odpowiednich warunkach? To ważny kontekst dla zrozumienia zarówno formowania się gwiazd, jak i planet – dodał.

Astronomowie zaobserwowali dziwne obiekty w młodej mgławicy NGC1333, regionie gwiazdotwórczym oddalonym o ok. tysiąc lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Perseusza. Dane zebrane przez Webba sugerują, że odkryte światy to gazowe olbrzymy 5-10 razy masywniejsze od Jowisza. Należą do obiektów o najmniejszej masie, które najprawdopodobniej powstały w procesie dotąd uznawanym za właściwy dla formowania się gwiazd i brązowych karłów.

- Wykorzystaliśmy bezprecedensową czułość teleskopu Webba na długościach fal podczerwonych, aby wyszukać ledwie widoczne elementy młodej gromady gwiazd, starając się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie w astronomii: jak lekki obiekt może powstać jak gwiazda? - powiedział Ray Jayawardhana z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. - Okazuje się, że najmniejsze swobodnie unoszące się obiekty, które powstają jak gwiazdy, są podobne pod względem masy do olbrzymich egzoplanet krążących wokół pobliskich gwiazd - dodał.

Obserwacje teleskopu nie wykazały żadnych obiektów o masie mniejszej niż pięć mas Jowisza. To sugeruje, że obiekty lżejsze od tego progu powstają prawdopodobnie w taki sposób, w jaki powstają planety.

- Nasze obserwacje potwierdzają, że natura wytwarza obiekty o masie planetarnej na co najmniej dwa różne sposoby — poprzez zapadanie się obłoku gazu i pyłu, czyli w sposób, w jaki powstają gwiazdy oraz w dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd - powiedział Jayawardhana.

Najbardziej intrygujący z zaobserwowanych obiektów jest najlżejszy z nich. Ma szacowaną masę pięciu Jowiszy. Obecność dysku pyłowego wokół niego oznacza, że ​​obiekt prawie na pewno uformował się jak gwiazda, ponieważ pył zazwyczaj wiruje wokół centralnego obiektu na wczesnych etapach formowania się gwiazd.

Dyski są również warunkiem wstępnym powstawania planet, co sugeruje, że obserwacje mogą mieć również ważne implikacje dla potencjalnych "mini" planet. - Te małe obiekty o masie porównywalnej do mas gazowych olbrzymów mogą same być w stanie utworzyć własne planety - powiedział współautor publikacji Aleks Scholz, astrofizyk z University of St Andrews. - To może być żłobek miniaturowego układu planetarnego, na skalę znacznie mniejszą niż nasz Układ Słoneczny – dodał.

Nowo odkryte obiekty te zacierają klasyfikację ciał niebieskich, ponieważ ich masy pokrywają się z masami gazowych olbrzymów i brązowych karłów. Chociaż takie obiekty są uważane za rzadkie w galaktyce Drogi Mlecznej, nowe dane pokazują, że stanowią one ok. 10 proc. ciał niebieskich w obserwowanej gromadzie gwiazd.

Źródło: Johns Hopkins University, fot. ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana/ CC0