El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ayuda a los científicos a descubrir cómo se forman los planetas al mejorar la comprensión de sus lugares de nacimiento y los discos circunestelares que rodean a las estrellas jóvenes.

en un papel publicado dentro La revista astronómica., un equipo de científicos, dirigido por Naman Bajaj de la Universidad de Arizona e incluido el Dr. Uma Gorti del Instituto SETI, tomó imágenes por primera vez de los vientos de un antiguo disco de formación de planetas (aún muy joven en relación con el sol). que está dispersando activamente su contenido gaseoso. Ya se han fotografiado el disco, pero no los vientos de los discos antiguos. Saber cuándo se dispersa el gas es importante porque limita el tiempo que les queda a los planetas nacientes para consumir gas de su entorno.

En el centro de este descubrimiento está la observación de TCha, una estrella joven (relativa al Sol) envuelta por un disco erosionado que destaca por su gran agujero de polvo, de aproximadamente 30 unidades astronómicas de radio. Por primera vez, los astrónomos han fotografiado el gas que se dispersa (llamado viento) utilizando las cuatro líneas de los gases raros neón (Ne) y argón (Ar), una de las cuales es la primera detección en un disco en formación de un planeta. las imagenes de [Ne II] muestran que el viento proviene de una amplia región del disco.

El equipo, todos miembros de un programa JWST dirigido por Ilaria Pascucci (Universidad de Arizona), también quiere saber cómo se lleva a cabo este proceso para comprender mejor la historia y el impacto en nuestro sistema solar.

«Estos vientos podrían ser impulsados ​​por fotones estelares de alta energía (luz estelar) o por el campo magnético que entreteje el disco que forma el planeta», dijo Bajaj.

La Dra. Gorti del Instituto SETI ha estado investigando la dispersión del disco durante décadas, y ella y su colega predijeron la fuerte emisión de argón que ahora ha detectado el JWST. Está “emocionada de poder finalmente desenredar las condiciones físicas del viento para entender cómo despegan”.

Los sistemas planetarios como nuestro sistema solar parecen contener más objetos rocosos que objetos ricos en gas. Alrededor de nuestro Sol, se incluyen los planetas interiores, el cinturón de asteroides y el cinturón de Kuiper. Pero los científicos saben desde hace mucho tiempo que los discos que forman los planetas inicialmente tienen una masa 100 veces mayor en el gas que en los sólidos, lo que plantea una pregunta apremiante: ¿cuándo y cómo la mayor parte del gas abandona el disco/sistema?

Durante las primeras etapas de la formación del sistema planetario, los planetas se fusionan en un disco giratorio de gas y polvo diminuto alrededor de la joven estrella. Estas partículas se agrupan y forman piezas cada vez más grandes llamadas planetesimales. Con el tiempo, estos planetesimales chocan y se pegan, formando finalmente planetas. El tipo, tamaño y ubicación de los planetas que se forman dependen de la cantidad de material disponible y de cuánto tiempo permanece en el disco. Por tanto, el resultado de la formación de planetas depende de la evolución y dispersión del disco.

El mismo grupo, en otro artículo dirigido por el Dr. Andrew Sellek del Observatorio de Leiden, realizó simulaciones de la dispersión causada por fotones estelares para diferenciar entre los dos. Comparan estas simulaciones con observaciones reales y descubren que la dispersión por fotones estelares de alta energía puede explicar las observaciones y, por lo tanto, no se puede descartar.

El Dr. Sellek describió cómo “medir las cuatro líneas simultáneamente con JWST resultó crucial para determinar las propiedades del viento y nos ayudó a demostrar que se dispersan cantidades significativas de gas”.

Para poner las cosas en contexto, los investigadores calculan que la masa que se dispersa cada año equivale a la de la Luna. Un artículo complementario, actualmente en revisión por La revista astronómica.detallará estos resultados.

EL [Ne II] Esta línea fue descubierta por primera vez hacia varios discos de formación de planetas en 2007 con el Telescopio Espacial Spitzer y rápidamente fue identificada como un trazador de viento por el Profesor Pascucci, líder del proyecto en la Universidad de Arizona; Esto transformó los esfuerzos de investigación centrados en comprender la dispersión de gases en los discos. El descubrimiento de soluciones resueltas espacialmente [Ne II] y la primera detección de [Ar III] El uso de JWST podría convertirse en el siguiente paso hacia la transformación de nuestra comprensión de este proceso.

«Utilizamos el neón por primera vez para estudiar los discos de formación de planetas hace más de una década, probando nuestras simulaciones por computadora con datos de Spitzer y nuevas observaciones obtenidas con el VLT de ESO», dijo el profesor Richard Alexander de la Facultad de Física y Física de la Universidad de Leicester. Astronomía. Aprendimos mucho, pero estas observaciones no nos permitieron medir la masa perdida por los discos. Los nuevos datos JWST son espectaculares y poder resolver los vientos del disco en las imágenes es algo que nunca creí posible. Con más observaciones como esta por venir, JWST nos permitirá comprender los sistemas planetarios jóvenes como nunca antes. »

Además, el grupo también descubrió que el disco interno de T Cha evoluciona en escalas de tiempo muy cortas, varias décadas; encuentran que el espectro JWST de T Cha difiere del espectro anterior de Spitzer. Según Chengyan Xie de la Universidad de Arizona, autor principal de este trabajo en curso, esta discrepancia podría explicarse por un pequeño disco interno asimétrico que perdió parte de su masa en sólo 17 años. Junto con otros estudios, esto también sugiere que el disco T Cha se encuentra al final de su evolución.

Xie añade: “Es posible que podamos presenciar la dispersión de toda la masa de polvo en el disco interno de T Cha durante nuestra vida. »

Las implicaciones de estos hallazgos ofrecen nuevos conocimientos sobre las complejas interacciones que conducen a la dispersión de gases y polvos esenciales para la formación de planetas. Al comprender los mecanismos detrás de la dispersión de los discos, los científicos pueden predecir mejor el momento y los entornos favorables para el nacimiento de los planetas. El trabajo del equipo demuestra el poder de JWST y abre una nueva vía en la exploración de la dinámica de la formación de planetas y la evolución de los discos circunestelares.

Los datos utilizados en este trabajo se adquirieron con el instrumento JWST/MIRI a través del programa PID 2260 del Ciclo 1 de Observadores Generales (PI: I. Pascucci). El equipo de investigación incluye a Naman Bajaj (estudiante de posgrado), la profesora Ilaria Pascucci, la Dra. Uma Gorti, el profesor Richard Alexander, el Dr. Andrew Sellek, la Dra. Jane Morrison, el profesor Andras Gaspar, la profesora Cathie Clarke, Chengyan Xie (estudiante de posgrado) y la Dra. Giulia Ballabio y Dingshan Deng (estudiante de posgrado).