Bahnbrechende Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop offenbaren die Ausbreitung gasförmiger Winde in planetenbildenden Scheiben und verbessern unser Verständnis der Dynamik der Planetenentstehung und Scheibenentwicklung. (Künstlerische Darstellung.) Quelle: ESO/M. Kornmesser
Forscher haben zum ersten Mal einen Wind abgebildet, der von einer alten Planetenscheibe ausgeht und deren Gasinhalt verteilt.
Die James Webb-Weltraumteleskop JWST hilft Wissenschaftlern dabei, herauszufinden, wie Planeten entstehen, indem es das Verständnis ihrer Geburtsorte und der zirkumstellaren Scheiben um junge Sterne verbessert. In einem Artikel veröffentlicht in Astronomisches Magazin, ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Naman Bajaj von der University of Arizona und darunter Dr. Uma Gorti vom SETI-Institut, hat zum ersten Mal abgebildet, wie sich Winde von einer alten Planetenbildungsscheibe (im Verhältnis zur Sonne noch sehr jung) aktiv ausbreiten sein Gasgehalt. Die Scheibe war bereits zuvor abgebildet worden, und der Wind war von älteren Scheiben nicht abgebildet worden. Es ist wichtig zu wissen, wann sich Gas ausbreitet, denn dadurch wird die Zeit begrenzt, die neu entstehenden Planeten bleibt, um Gas aus ihrer Umgebung zu verbrauchen.
Erkenntnisse aus der erodierten Scheibe von TCha
Im Mittelpunkt dieser Entdeckung steht die Beobachtung von TCha, einem (relativ zur Sonne) jungen Stern, der von einer erodierenden Scheibe umgeben ist, die durch eine große Staublücke mit einem Radius von etwa 30 AE gekennzeichnet ist. Zum ersten Mal haben Astronomen verteiltes Gas (auch als Wind bekannt) mithilfe der vier Linien der Edelgase Neon (Ne) und Argon (Ar) abgebildet. Eine davon ist die erste Entdeckung in einer Planetenbildungsscheibe. Foto [Ne II] Es stellt sich heraus, dass der Wind aus einem ausgedehnten Bereich der Scheibe kommt. Das Team, alles Mitglieder des JWST-Programms unter der Leitung von Ilaria Pascucci (Universität von Arizona), ist auch daran interessiert, zu erfahren, wie dieser Prozess abläuft, damit sie die Geschichte und die Auswirkungen auf unser Sonnensystem besser verstehen können.
„Diese Winde könnten entweder durch hochenergetische Sternphotonen (Sternenlicht) oder durch das Magnetfeld angetrieben werden, das die Scheibe, die den Planeten bildet, webt“, sagte Naman.
Uma Gorti vom SETI-Institut erforscht seit Jahrzehnten die Streuung von Scheiben und sie und ihre Kollegin haben die starke Argonemission vorhergesagt, die jetzt vom James Webb-Weltraumteleskop entdeckt wurde. Sie ist „aufgeregt, endlich die physikalischen Bedingungen im Wind auseinander nehmen zu können, um zu verstehen, wie man sie startet.“
Das James Webb Space Telescope (JWST) ist ein fortschrittliches astronomisches Observatorium, das die Geheimnisse des Universums aufdecken soll, von der Entstehung von Galaxien, Sternen und Planeten bis hin zur Erkennung potenzieller Lebenszeichen auf Exoplaneten. Es wurde im Dezember 2021 ins Leben gerufen und dient als führendes Weltraumobservatorium für das nächste Jahrzehnt und baut auf dem Erbe des Hubble-Weltraumteleskops mit seinen leistungsstärkeren Instrumenten und umfassenderen Beobachtungsmöglichkeiten auf. Bildnachweis: NASA
Entwicklung von Planetensystemen
Planetensysteme wie unser Sonnensystem scheinen mehr Gesteinskörper zu enthalten als gasreiche. Dazu gehören die inneren Planeten um unsere Sonne, der Asteroidengürtel und der Kuipergürtel. Aber Wissenschaftler wissen seit langem, dass Planeten bildende Scheiben zunächst eine 100-mal größere Masse in Gas als in Festkörpern haben, was zu einer dringenden Frage führt: Wann und wie verlässt der größte Teil des Gases die Scheibe/das System?
In den sehr frühen Stadien der Entstehung eines Planetensystems versammeln sich Planeten zu einer rotierenden Scheibe aus jungem Gas und Staub um den jungen Stern. Diese Partikel verklumpen und sammeln sich zu immer größeren Teilen an, die man Planetesimale nennt. Mit der Zeit kollidieren diese Planetesimale, kleben zusammen und bilden schließlich Planeten. Die Art, Größe und Position der Planeten, die sich bilden, hängt von der Menge der verfügbaren Materie und davon ab, wie lange sie in der Scheibe verbleibt. Daher hängt das Ergebnis der Planetenentstehung von der Entwicklung und Ausbreitung der Scheibe ab.
Dieselbe Gruppe führte in einem anderen Artikel unter der Leitung von Dr. Andrew Sellick vom Observatorium Leiden Simulationen der durch Sternphotonen verursachten Streuung durch, um zwischen den beiden zu unterscheiden. Sie verglichen diese Simulationen mit tatsächlichen Beobachtungen und fanden heraus, dass die Streuung durch hochenergetische Sternphotonen die Beobachtungen erklären könnte und daher nicht als Möglichkeit ausgeschlossen werden konnte. Andrew beschrieb, wie „die gleichzeitige Messung aller vier Linien durch das James Webb-Weltraumteleskop sich als wichtig für die Charakterisierung der Winde erwies und uns dabei half, nachzuweisen, dass große Mengen Gas verteilt werden.“ Um die Sache in einen Zusammenhang zu bringen: Forscher haben berechnet, dass die jedes Jahr verteilte Masse der Masse des Mondes entspricht! Ein Begleitpapier, das derzeit von überprüft wird Astronomisches MagazinIch werde diese Ergebnisse detailliert beschreiben.
Transformative Entdeckungen und Zukunftsaussichten
Die [Ne II] Die Linie wurde erstmals 2007 mit dem Spitzer-Weltraumteleskop in Richtung mehrerer Planeten bildender Scheiben entdeckt und vom Projektleiter Professor Pascucci von der University of Arizona schnell als Windspurer identifiziert. Diese sich weiterentwickelnden Forschungsbemühungen konzentrierten sich auf das Verständnis der Gasdispersion in der Scheibe. Ortsaufgelöste Entdeckung [Ne II] Der erste Nachweis [Ar III] Der Einsatz des James-Webb-Weltraumteleskops könnte der nächste Schritt sein, unser Verständnis dieses Prozesses zu ändern.
„Wir haben NEON zum ersten Mal vor mehr als einem Jahrzehnt verwendet, um Planeten bildende Scheiben zu untersuchen, und unsere Computersimulationen anhand von Daten von Spitzer und neuen Beobachtungen getestet, die wir damit gewonnen haben Eso „Das VLT“, sagte Professor Richard Alexander von der School of Physics and Astronomy der University of Leicester. Wir haben viel gelernt, aber diese Beobachtungen haben es uns nicht ermöglicht, zu messen, wie viel Masse die Scheiben verlieren. Die neuen Daten des James Webb-Weltraumteleskops sind erstaunlich und die Bewegung der Scheibe in Bildern analysieren zu können, hätte ich nie für möglich gehalten. Mit mehr Beobachtungen wie diesen wird uns das James Webb-Weltraumteleskop ermöglichen, neu entstehende Planetensysteme wie nie zuvor zu verstehen.
Darüber hinaus entdeckte die Gruppe auch, dass sich die innere Scheibe von T Cha in sehr kurzen Zeiträumen von Jahrzehnten entwickelt; Sie fanden heraus, dass sich das JWST-Spektrum von T Cha vom vorherigen Spitzer-Spektrum unterscheidet. Laut Qingyan Xie von der University of Arizona, Hauptautor dieser laufenden Arbeit, lässt sich diese Diskrepanz durch eine kleine, asymmetrische innere Scheibe erklären, die in nur 17 Jahren einen Teil ihrer Masse verloren hat. In Kombination mit anderen Studien deutet dies auch darauf hin, dass die T-Cha-Scheibe am Ende ihrer Entwicklung steht. Qingyan fügt hinzu: „Möglicherweise können wir sehen, wie sich die gesamte Staubmasse in der inneren Scheibe von T Cha innerhalb unseres Lebens auflöst!“
Die Implikationen dieser Erkenntnisse liefern neue Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen, die zur Ausbreitung von Gas und Staub führen, die für die Planetenentstehung unerlässlich sind. Durch das Verständnis der Mechanismen hinter der Scheibendispersion können Wissenschaftler die Zeitpläne und Umgebungen, die zur Planetengeburt führen, besser vorhersagen. Die Arbeit des Teams demonstriert die Leistungsfähigkeit des James Webb-Weltraumteleskops und definiert einen neuen Weg für die Erforschung der Dynamik der Planetenentstehung und der Entwicklung zirkumstellarer Scheiben.
Referenz: „JWST MIRI MRS Beobachtungen von T Cha: Entdeckung eines räumlich aufgelösten Scheibenwinds“ von Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Palabio Wu Dingshan Ding, 4. März 2024, Astronomisches Magazin.
doi: 10.3847/1538-3881/ad22e1
Die in dieser Arbeit verwendeten Daten wurden mit dem JWST/MIRI-Instrument über das General Controllers Course 1-Programm PID 2260 (PI: I. Pascucci) erfasst. Zum Forschungsteam gehören Naman Bajaj (Doktorand), Professor Ilaria Pascucci, Dr. Uma Gorti, Professor Richard Alexander, Dr. Andrew Sellick, Dr. Jane Morrison, Professor András Gaspar, Professor Cathy Clark, Qingyan Xie (Doktorand) und Dr. Julia Palabio . , Dingshan Ding (Doktorand).
