Badanie przeprowadzone przez Jenny Frediani na Uniwersytecie w Sztokholmie ujawniło dysk formowania planet z wyjątkowo nietypowym składem chemicznym: nieoczekiwanie wysokie stężenie dwutlenku węgla (CO2) w obszarach, gdzie w przyszłości mogą być formowane planety podobne do Ziemi. Odkrycie to, dokonane przy użyciu Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba (JWST), kwestionuje długo istniejące założenia dotyczące chemii miejsc narodzin planet. Badanie zostało opublikowane w Astronomy & Astrophysics.
„W przeciwieństwie do większości pobliskich dysków formujących planety, gdzie para wodna dominuje wewnętrzne obszary, ten dysk jest zaskakująco bogaty w dwutlenek węgla,” mówi Jenny Frediani, doktorantka na Wydziale Astronomii Uniwersytetu w Sztokholmie.
„Faktycznie, woda jest tu tak rzadka, że ledwo da się ją wykryć – dramatyczna różnica w porównaniu do tego, co zazwyczaj obserwujemy.”
Nowo powstała gwiazda początkowo jest głęboko zanurzona w chmurze gazu, z której powstała, i tworzy wokół siebie dysk, w którym z kolei mogą być formowane planety. W konwencjonalnych modelach formowania planet, kamienie bogate w lód wodny dryfują z zimnego zewnętrznego dysku w kierunku cieplejszych wewnętrznych obszarów, gdzie wzrost temperatury powoduje sublimację lodów. Ten proces zazwyczaj skutkuje silnymi sygnaturami pary wodnej w wewnętrznych strefach dysku. Jednak w tym przypadku spektrum JWST/MIRI wykazuje zagadkowo silną sygnaturę dwutlenku węgla zamiast tego.
„To kwestionuje obecne modele chemii dysku i ewolucji, ponieważ wysokie poziomy dwutlenku węgla w stosunku do wody nie mogą być łatwo wyjaśnione standardowymi procesami ewolucji dysku,” wyjaśnia Jenny Frediani.
Arjan Bik, badacz na Wydziale Astronomii Uniwersytetu w Sztokholmie, dodaje: „Tak wysokie stężenie dwutlenku węgla w strefie formowania planet jest niespodziewane. Wskazuje to na możliwość, że intensywne promieniowanie ultrafioletowe – zarówno od gwiazdy macierzystej, jak i od sąsiednich masywnych gwiazd – przekształca chemię dysku.”
Naukowcy odkryli także rzadkie warianty izotopowe dwutlenku węgla, wzbogacone węglem-13 lub izotopami tlenu ¹⁷O i ¹⁸O, wyraźnie widoczne w danych JWST. Te izotopologowie mogą dostarczyć istotnych wskazówek do długo istniejących pytań dotyczących nietypowych odcisków izotopowych znalezionych w meteorytach i kometach – reliktów formowania się naszego własnego Układu Słonecznego.
Ten bogaty w CO2 dysk został znaleziony w obszarze masowego tworzenia gwiazd NGC 6357, znajdującym się około 1.7 kiloparseków (ok. 53 kwadryliony kilometrów) odległości. Odkrycie to zostało dokonane przez współpracę eXtreme Ultraviolet Environments (XUE), która skupia się na tym, w jaki sposób intensywne pola promieniowania wpływają na chemię dysku.
Maria-Claudia Ramirez-Tannus z Instytutu Maxa Plancka Astronomii w Heidelbergu i lider XUE, mówi, że to ekscytujące odkrycie: „Ujawnia, w jaki sposób ekstremalne środowiska promieniowania – powszechne w obszarach masowego tworzenia się gwiazd – mogą zmieniać budulec planet. Ponieważ większość gwiazd i prawdopodobnie większość planet formuje się w takich obszarach, zrozumienie tych efektów jest istotne dla pojmowania różnorodności atmosfer planetarnych i ich potencjału habitacyjnego.”
Dzięki instrumentowi MIRI JWST astronomowie mogą teraz obserwować odległe, skryte w pyłowych dyskach z niezwykłym szczegółowością w podczerwieni – dostarczając istotnych wglądów w warunki fizyczne i chemiczne, które rządzą formowaniem planet. Porównując te intensywne środowiska z bardziej spokojnymi, bardziej odizolowanymi obszarami, badacze odkrywają różnorodność środowiskową, która kształtuje się ku powstawaniu systemów planetarnych. Astronomowie z Uniwersytetu w Sztokholmie i Chalmers wspomagali rozwój instrumentu MIRI, który jest kamerą i spektrografem obserwującym średnio- do długofalowe promieniowanie podczerwone od 5 mikronów do 28 mikronów. Posiada także koronografy, specjalnie zaprojektowane do obserwacji egzoplanet.
Badanie „XUE: Obszar formowania planet ziemistych bogatych w CO2 w zewnętrznie naświetlonym dysku typu Herbig” zostało opublikowane w Astronomy & Astrophysics.
