Varje gång en stjärna bildas representerar den en explosion av möjligheter. Inte för stjärnan själv; dess öde styrs av dess massa. Möjligheterna det innebär finns i planeterna som bildas runt den. Kommer vissa att vara steniga? Kommer de att vara i den beboeliga zonen? Kommer det att finnas liv på någon av planeterna en dag?
Det finns en punkt i varje stjärnsystems utveckling när det inte längre kan bilda planeter. Inga fler planeter kan bildas eftersom det inte finns mer gas och damm tillgängligt, och de expanderande planetära möjligheterna är trunkerade. Men den totala massan av ett stjärnsystems planeter summerar aldrig till den totala massan av gas och damm som finns tillgänglig runt den unga stjärnan.
Vad händer med massan, och varför kan inte fler planeter bildas?
När en protostjärna bildas i ett moln av molekylärt väte, åtföljs den av en roterande skiva av gas och damm som kallas en cirkumstellär skiva. När materialet samlas till större och större kroppar, bildar planetesimaler, och så småningom, planeter. Vid den punkten hänvisas skivan till som en protoplanetär skiva. Men vad vi än kallar det, är den roterande skivan reservoaren av material ur vilken planeter bildas.
I vårt solsystem finns det fler steniga föremål än gasformiga. Inte efter massa utan efter antal. Forskare tror att system som liknar vårt bildar liknande antal steniga och gasformiga föremål.
Men i solsystemets tidiga dagar fanns det mycket mer gas än det fanns fasta ämnen. Detta motsäger det faktum att skivorna runt unga stjärnor innehåller 100 gånger mer gas än de innehåller fasta ämnen. Vart tar all gas vägen?
Ny forskning baserad på JWST-observationer ger ett svar. Studien är "JWST MIRI MRS Observations of T Cha:Discovery of a Spatally Resolved Disk Wind." Den är publicerad i The Astronomical Journal , och huvudförfattare är Naman S. Bajaj, doktorand vid University of Arizonas Lunar and Planetary Laboratory.
T Chamaelontis (T Cha) är en ung T Tauri-stjärna som ligger cirka 335 ljusår bort. T Tauri-stjärnor är mindre än cirka 10 miljoner år gamla och har inte kommit in i huvudsekvensen ännu. Vid denna tidpunkt i deras utveckling försvinner skivorna runt T Tauri-stjärnorna. Gasen i skivan sprids aktivt ut i rymden.
"Att veta när gasen sprids är viktigt eftersom det ger oss en bättre uppfattning om hur mycket tid gasformiga planeter har på sig att konsumera gasen från sin omgivning", säger huvudförfattaren Bajaj. "Med oöverträffade glimtar av dessa skivor som omger unga stjärnor, planeternas födelseplatser, hjälper JWST oss att avslöja hur planeter bildas."
Eftersom typen och antalet planeter som bildas på en skiva runt en stjärna beror på hur mycket gas och damm som finns tillgängligt, är det grundläggande att veta hur och när det sprids för att förstå det eventuella stjärnsystemet.
"Så, kort sagt, resultatet av planetbildning beror på skivans utveckling och spridning," sa Bajaj.
T Cha är anmärkningsvärt av en annan anledning bortom sin unga ålder. Dess eroderande cirkumstellära skiva har ett stort dammgap i sig cirka 30 astronomiska enheter breda. På insidan av gapet finns en smal ring av material nära stjärnan, och på utsidan av gapet finns resten av skivmaterialet. En planetarisk kandidat är i gapet men är inte en del av denna forskning.
Kraften som sprider gas kallas skivvinden. I denna forskning använde de inblandade forskarna JWST för att sondera skivan och upptäcka vad som driver vinden. Detta är första gången som forskare har avbildat skivvinden.
Jonisering spelar en stor roll vid diskdispersion. Jonisering sker när energiska fotoner från en stjärna träffar en atom och tar bort en eller flera elektroner. Jonisering av olika typer av atomer frigör särskilt ljus som JWST kan se och som forskare kan använda för att spåra aktiviteten i skivan. I denna forskning upptäckte JWST två ädelgaser som joniserades:argon och neon. JWST upptäckte också dubbeljoniserat argon, första gången det någonsin har upptäckts på en disk.
Astronomer har vetat i ett decennium att Ne ii spårar skivvindar. Forskare som arbetade med NASA:s Spitzer Space Telescope upptäckte det. Vid T Cha spårar Ne ii emission bort från skivan, vilket är kompatibelt med en skivvind.
"Neonsignaturen i våra bilder berättar att skivvinden kommer från ett utsträckt område bort från skivan," sa Bajaj. "Dessa vindar kan drivas antingen av högenergifotoner - huvudsakligen ljuset som strömmar från stjärnan - eller av magnetfältet som vävs genom den planetbildande skivan."
Det är viktigt att förstå källan till joniseringen. För att gräva i det förlitade sig forskarna på simuleringar. Forskarna simulerade den intensiva strålningen från den unga stjärnan och jämförde den med JWST-observationerna. Det fanns en bra matchning som visade att de energiska stjärnfotonerna kan driva diskspridningen.
"Vår upptäckt av rumsligt upplöst neonemission - och den första upptäckten av dubbeljoniserat argon - med hjälp av James Webb Space Telescope kan bli nästa steg mot att förändra vår förståelse för hur gas rensar ut ur en planetbildande skiva", säger Ilaria Pascucci. en professor vid LPL som hjälpte till att upptäcka att neon spårar skivvindar. "Dessa insikter kommer att hjälpa oss att få en bättre uppfattning om historien och inverkan på vårt eget stjärnsystem."
Som en ung T Tauri-stjärna förändras T Cha snabbt. Tidigare observationer för cirka 17 år sedan med Spitzer avslöjade ett annat spektrum än dessa observationer med JWST. Skillnaderna kan förklaras av en liten inre skiva av material nära T Cha som har förlorat märkbar massa under de mellanliggande 17 åren. I specifika vetenskapliga termer är MIRI [Ne ii]-flödet 50 % högre än Spitzer-flödet som erhölls 2006. Framtida studier kan bidra till att kasta ännu mer ljus över dessa vinddiagnostiska linjer.
Chengyan Xie, en andraårsdoktorand vid LPL som är involverad i forskningen, tror att vi tittar på diskspridning i realtid och att saker och ting kommer att fortsätta att förändras snabbt.
"Tillsammans med de andra studierna antyder detta också att skivan av T Cha är i slutet av sin utveckling," sa Xie. "Vi kanske kan bevittna spridningen av all dammmassa i T Chas inre skiva under vår livstid."
Planetbildningen kan vara på väg att stanna vid T Cha, och JWST hjälper oss att se det hända.
Mer information: Naman S. Bajaj et al, JWST MIRI MRS Observationer av T Cha:Discovery of a Spatally Resolved Disk Wind, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad22e1
Journalinformation: Astronomisk tidskrift
Tillhandahålls av Universe Today
