תצפיות פורצות דרך של טלסקופ החלל ג'יימס ווב חושפות את פיזור רוחות הגז בדיסקות יוצרות כוכבי לכת, ומקדמות את ההבנה שלנו לגבי הדינמיקה של היווצרות כוכבי הלכת ואבולוציית הדיסקים. (התרשמות האמן.) קרדיט: ESO/M. קורנמסר
החוקרים מצלמים לראשונה, רוחות מדיסק ישן היוצר כוכבי לכת אשר מפזר באופן פעיל את תכולת הגז שלו.
ה טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) עוזרת למדענים לחשוף כיצד נוצרים כוכבי לכת על ידי קידום ההבנה של מקומות הולדתם והדיסקות המקיפות את הכוכבים המקיפים כוכבים צעירים. במאמר שפורסם ב- כתב עת אסטרונומי, צוות מדענים בראשות נמן בג'אג' מאוניברסיטת אריזונה וכולל ד"ר אומה גורטי במכון SETI, תמונה לראשונה, מתפתל מדיסק ישן יוצרת כוכבי לכת (עדיין צעיר מאוד יחסית לשמש) שהוא פיזור פעיל של תכולת הגז שלו. הדיסק צולם בעבר, רוחות מדיסקים ישנים לא. לדעת מתי הגז מתפזר חשובה שכן היא מגבילה את הזמן שנותר לכוכבי לכת בהתהוות לצרוך את הגז מסביבתם.
תובנות מהדיסק השוחק של TCha
בלב התגלית הזו עומדת התצפית על TCha, כוכב צעיר (ביחס לשמש) העטוף בדיסק נשחק הבולט בפער האבק העצום שלו, ברדיוס של כ-30 יחידות אסטרונומיות. לראשונה, אסטרונומים צילמו את הגז המתפזר (המכונה גם רוחות) באמצעות ארבעת הקווים של הגזים האצילים ניאון (Ne) וארגון (Ar), שאחד מהם הוא הזיהוי הראשון בדיסק יוצרת כוכב לכת. התמונות של (Ne II) מראות שהרוח מגיעה מאזור מורחב של הדיסק. הצוות, שכולם חברים בתוכנית JWST בראשות אילריה פסקוצ'י (U Arizona), מעוניין גם לדעת כיצד התהליך הזה מתרחש כדי שיוכלו להבין טוב יותר את ההיסטוריה וההשפעה על מערכת השמש שלנו.
"הרוחות הללו יכולות להיות מונעות על ידי פוטונים כוכבים בעלי אנרגיה גבוהה (אור הכוכב) או על ידי השדה המגנטי השוזר את הדיסק היוצר כוכב לכת", אמר נמן.
אומה גורטי ממכון SETI עורכת מחקר על פיזור דיסקים במשך עשרות שנים, ויחד עם עמיתה חזתה את פליטת הארגון החזקה ש-JWST זיהתה כעת. היא "נרגשת להיות מסוגלת סוף סוף לנתק את התנאים הפיזיים ברוח כדי להבין איך הם משגרים".
טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) הוא מצפה כוכבים אסטרונומי חדשני שנועד לפענח את מסתורי היקום, מהיווצרות של גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת ועד לזיהוי סימני חיים פוטנציאליים על כוכבי לכת. הושק בדצמבר 2021, הוא משמש כמצפה הכוכבים המוביל במדעי החלל של העשור הבא, כשהוא מתבסס על מורשתו של טלסקופ החלל האבל עם המכשירים החזקים יותר שלו ויכולות התצפית הרחבות יותר. קרדיט: נאס"א
האבולוציה של מערכות פלנטריות
נראה כי מערכות פלנטריות כמו מערכת השמש שלנו מכילות יותר עצמים סלעיים מאשר אלו העשירים בגז. סביב השמש שלנו, אלה כוללים את כוכבי הלכת הפנימיים, חגורת האסטרואידים וחגורת קויפר. אבל מדענים יודעים מזה זמן רב שדיסקות יוצרות כוכבי לכת מתחילות עם מסה גדולה פי 100 בגז מאשר במוצקים, מה שמוביל לשאלה דחופה: מתי ואיך רוב הגז עוזב את הדיסק/מערכת?
בשלבים המוקדמים מאוד של היווצרות המערכת הפלנטרית, כוכבי הלכת מתלכדים בדיסק מסתובב של גז ואבק זעיר סביב הכוכב הצעיר. חלקיקים אלה מתקבצים יחד, מצטברים לגושים גדולים יותר ויותר הנקראים פלנטזימלים. עם הזמן, הפלנטזימלים הללו מתנגשים ונצמדים זה לזה, ובסופו של דבר יוצרים כוכבי לכת. סוג, גודל ומיקומם של כוכבי לכת שנוצרים תלויים בכמות החומר הזמין וכמה זמן הוא נשאר בדיסק. לכן, התוצאה של היווצרות כוכב לכת תלויה בהתפתחות הדיסק ובפיזורה.
אותה קבוצה, במאמר אחר בראשות ד"ר אנדרו סלק ממצפה הכוכבים של ליידן, ביצעה סימולציות של הפיזור המונע על ידי פוטונים כוכביים כדי להבדיל בין השניים. הם משווים סימולציות אלה לתצפיות בפועל ומוצאים פיזור על ידי פוטונים כוכבים בעלי אנרגיה גבוהה יכולים להסביר את התצפיות ולכן לא ניתן לשלול אותם כאפשרות. אנדרו תיאר כיצד "המדידה הבו-זמנית של כל ארבעת הקווים על ידי JWST הוכיחה חשיבות מכרעת לקביעת תכונות הרוח ועזרה לנו להוכיח שכמויות משמעותיות של גז מתפזרות". כדי לשים את זה בהקשר, החוקרים מחשבים שהמסה המתפזרת מדי שנה שווה ערך לזו של הירח! מאמר נלווה, שנמצא כעת בבדיקה של ה כתב עת אסטרונומייפרט את התוצאות הללו.
תגליות טרנספורמטיביות וצפי עתידי
הקו (Ne II) התגלה לראשונה לעבר מספר דיסקים היוצרים כוכבי לכת בשנת 2007 עם טלסקופ החלל שפיצר ועד מהרה זוהה כמתווה של רוחות על ידי ראש הפרויקט פרופ' פסקוצ'י מאוניברסיטת אריזונה; מאמצי המחקר שעברו שינוי זה התמקדו בהבנת פיזור גז בדיסק. הגילוי של פתרון מרחבי (Ne II) והזיהוי הראשון של (Ar III) באמצעות ה-JWST יכולים להפוך לשלב הבא לקראת שינוי ההבנה שלנו לגבי התהליך הזה.
"השתמשנו לראשונה בניאון כדי לחקור דיסקים יוצרים כוכבי לכת לפני יותר מעשור, בדקנו את ההדמיות החישוביות שלנו מול נתונים משפיצר, ותצפיות חדשות שהשגנו עם ESO VLT", אמר פרופסור ריצ'רד אלכסנדר מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת לסטר. למדנו הרבה, אבל התצפיות האלה לא אפשרו לנו למדוד כמה מסה הדיסקים מאבדים. הנתונים החדשים של JWST מרהיבים, והיכולת לפתור רוחות דיסק בתמונות זה משהו שמעולם לא חשבתי שיהיה אפשרי. עם עוד תצפיות כמו זו, JWST יאפשר לנו להבין מערכות פלנטריות צעירות כפי שלא היו מעולם".
בנוסף, הקבוצה גם גילתה שהדיסק הפנימי של T Cha מתפתח בטווחי זמן קצרים מאוד של עשרות שנים; הם מוצאים שספקטרום JWST של T Cha שונה מהספקטרום של שפיצר מוקדם יותר. לדברי צ'נגיין שיה מאוניברסיטת אריזונה, המחבר הראשי של עבודה זו המתקדמת, אי-התאמה זו יכולה להיות מוסברת על ידי דיסק פנימי קטן וא-סימטרי שאיבד חלק מהמסה שלו תוך 17 שנים בלבד. יחד עם המחקרים האחרים, זה גם מרמז שהדיסק של T Cha נמצא בסוף האבולוציה שלו. צ'נגיאן מוסיף, "אולי נוכל לחזות בהתפזרות של כל מסת האבק בדיסק הפנימי של T Cha במהלך חיינו!"
ההשלכות של ממצאים אלה מציעות תובנות חדשות לגבי האינטראקציות המורכבות המובילות לפיזור הגז והאבק הקריטיים להיווצרות כוכבי לכת. על ידי הבנת המנגנונים מאחורי פיזור הדיסקים, מדענים יכולים לחזות טוב יותר את קווי הזמן והסביבות התורמות להולדת כוכבי לכת. עבודת הצוות מדגימה את הכוח של JWST וקובעת נתיב חדש קדימה בחקר הדינמיקה של היווצרות כוכבי לכת והאבולוציה של דיסקים סביב הכוכבים.
הנתונים המשמשים בעבודה זו נרכשו עם מכשיר JWST/MIRI באמצעות תוכנית General Observers Cycle 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). צוות המחקר כולל את נמן בג'אג' (סטודנט לתואר שני), פרופ' אילריה פסקוצ'י, ד"ר אומה גורטי, פרופ' ריצ'רד אלכסנדר, ד"ר אנדרו סלק, ד"ר ג'יין מוריסון, פרופ' אנדרס גספר, פרופ' קתי קלארק, צ'נג'אן שי (בוגרת תואר שני). סטודנט), ד"ר ג'וליה בלאביו, ודינגשאן דנג (סטודנטית לתואר שני).
