Vi lever i ett moget solsystem - åtta planeter och flera dvärgplaneter (som Pluto) har bildats, den senare inom den sten- och skräpfyllda regionen som kallas Kuiperbältet. Om vi ​​kunde skruva tillbaka tiden, vad skulle vi se när vårt solsystem bildades? Även om vi inte kan svara direkt på denna fråga, forskare kan studera andra system som aktivt bildas - tillsammans med blandningen av gas och damm som omger deras fortfarande bildade stjärnor - för att lära sig om denna process.

Ett team ledd av Dr Thomas Henning från Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, kommer att använda NASA:s kommande rymdteleskop James Webb för att kartlägga mer än 50 planetbildande skivor i olika tillväxtstadier för att avgöra vilka molekyler som finns och helst peka ut likheter, hjälpa till att forma vad vi vet om hur solsystem monteras.

Deras forskning med Webb kommer specifikt att fokusera på de inre diskarna i relativt närliggande, bildande system. Även om information om dessa regioner har erhållits av tidigare teleskop, ingen matchar Webbs känslighet, vilket innebär att många fler detaljer kommer att strömma in för första gången. Plus, Webbs rymdbaserade plats cirka en miljon miles (1,5 miljoner kilometer) från jorden kommer att ge den en fri sikt över sina mål. "Webb kommer att tillhandahålla unika data som vi inte kan få på annat sätt, " sa Inga Kamp vid Kapteyn Astronomical Institute vid University of Groningen i Nederländerna. "Dess observationer kommer att tillhandahålla molekylära inventeringar av de inre skivorna i dessa solsystem."

Detta forskningsprogram kommer i första hand att samla in data i form av spektra. Spektra är som regnbågar - de sprider ut ljus i dess komponentvåglängder för att avslöja högupplöst information om temperaturerna, hastigheter, och sammansättningen av gasen och stoftet. Denna otroligt rika information kommer att tillåta forskarna att konstruera mycket mer detaljerade modeller av vad som finns i de inre skivorna - och var. "Om du tillämpar en modell på dessa spektra, du kan ta reda på var molekyler finns och vad deras temperaturer är, " förklarade Henning.

Dessa observationer kommer att vara otroligt värdefulla för att hjälpa forskarna att lokalisera likheter och skillnader mellan dessa planetbildande skivor, som också är kända som protoplanetära skivor. "Vad kan vi lära av spektroskopi som vi inte kan lära oss av bildbehandling? Allt!" utbrast Ewine van Dishoeck vid Leiden University i Nederländerna. "Ett spektrum är värt tusen bilder."

Ett "berg" av nya data

Forskare har länge studerat protoplanetära skivor i en mängd olika våglängder av ljus, från radio till nära-infraröd. En del av teamets befintliga data är från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, som samlar in radioljus. ALMA utmärker sig på att konstruera bilder av de yttre skivorna. Om du skulle jämföra spännvidden på deras yttre skivor med storleken på vårt solsystem, denna region är förbi Saturnus bana. Webbs data kommer att komplettera bilden genom att hjälpa forskare att modellera de inre skivorna.

Vissa data finns redan om dessa inre skivor - NASA:s pensionerade Spitzer Space Telescope fungerade som en vägsökare - men Webbs känslighet och upplösning krävs för att identifiera de exakta kvantiteterna av varje molekyl samt gasens elementära sammansättningar med dess data, känd som spektra. "Det som tidigare var en mycket suddig topp i spektrumet kommer att bestå av hundratals om inte tusentals detaljerade spektrallinjer, " sa van Dishoeck.

Webbs specialitet inom mellaninfrarött ljus är särskilt viktig. Det kommer att göra det möjligt för forskare att identifiera "fingeravtrycken" av molekyler som vatten, koldioxid, metan, och ammoniak – som inte kan identifieras med några andra befintliga instrument. Observatoriet kommer också att avgöra hur stjärnljus påverkar skivornas kemi och fysiska strukturer.

Protoplanetära skivor är komplexa system. När de bildas, deras blandning av gas och damm fördelas i ringar över systemet. Deras material färdas från den yttre skivan till den inre skivan - men hur? "Den inre delen av skivan är en mycket dynamisk plats, " förklarar Tom Ray från Dublin Institute for Advanced Studies i Irland. "Det är inte bara där jordliknande planeter bildas, men det är också där överljudsstrålar skjuts upp av stjärnan."

Strålar som sänds ut av stjärnan leder till en blandning av element i de inre och yttre skivorna, både genom att skicka ut partiklar och låta andra partiklar röra sig inåt. "Vi tror att när material lämnar, den tappar snurrandet, eller rörelsemängd, och att detta tillåter annat material att röra sig inåt, "Ray fortsatte. "Dessa utbyten av material kommer uppenbarligen att påverka kemin i den inre skivan, som vi är glada över att utforska med Webb."

Spännande insikter väntar

PDS 70 är längre bort på 370 ljusår. Den har också en stor lucka i sin inre ring, plus data har avslöjat att två bildade planeter, kända som protoplaneter, är närvarande och samlar material. "Webbs medelinfraröda mätningar kommer att hjälpa oss att förfina vad vi vet om dem, såväl som materialet runt dem, " förklarade Kamp.

Med dussintals mål på sin lista, det är svårt för lagmedlemmar att spela favoriter. "Jag älskar dem alla, ", sa Henning. "En fråga jag skulle vilja svara på gäller sambandet mellan sammansättningen av planetbildande skivor och själva planeterna. med Webb, vi kommer att observera mycket mer detaljer om vilka typer av material som är tillgängliga för en potentiell planet att samla."

Efter att ha förfinat uppgifterna, hans team kommer att tillämpa de diskreta datapunkterna på modeller. "Detta kommer att tillåta oss att göra en grafisk rekonstruktion av dessa system, " fortsatte han. Dessa modeller kommer att delas med det astronomiska samfundet, gör det möjligt för andra forskare att undersöka data, och göra sina egna prognoser eller ta fram nya rön. Dessa studier kommer att genomföras genom ett program för garanterade tidsobservationer (GTO).