JWST documenta la finalización de la formación de planetas

4 de marzo de 2024, Mountain View, CA – El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está ayudando a los científicos a descubrir cómo se forman los planetas, avanzando en la comprensión de sus lugares de nacimiento y los discos circunestelares que rodean a las estrellas jóvenes, en un artículo publicado en el Astronomical Journal, un equipo Los científicos dirigidos por Naman Bajaj de la Universidad de Arizona y entre ellos el Dr. Uma Gorti del Instituto SETI, capturaron por primera vez los vientos de un antiguo disco de formación de planetas (todavía muy joven en relación con el Sol) que está dispersando activamente su contenido de gases. El disco ha sido fotografiado anteriormente, los vientos de los discos antiguos no. Saber cuándo se dispersa el gas es importante, ya que restringe 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) rodeada por un disco en erosión notable por su enorme espacio de polvo, de aproximadamente 30 unidades astronómicas de radio. Por primera vez, los astrónomos han obtenido imágenes de gases dispersos (también conocidos como vientos) utilizando las cuatro líneas de los gases nobles neón (Ne) y argón (Ar), una de las cuales es la primera detección en un disco de formación de planetas. las imagenes de [Ne II] muestran que el viento proviene de una región extendida del disco. El equipo, todos miembros de un programa JWST dirigido por Ilaria Pascucci (U Arizona), también está interesado en cómo ocurre este proceso para poder comprender mejor la historia y el impacto en nuestro sistema solar.

«Estos vientos pueden ser impulsados ​​por fotones estelares de alta energía (luz estelar) o por el campo magnético que teje el disco de formación de planetas», dijo Naman.

Uma Gorti, del Instituto SETI, lleva décadas investigando la dispersión de discos y, junto con su colega, predijo la fuerte emisión de argón que ahora ha detectado el JWST. Está “emocionada de poder finalmente desenredar las condiciones físicas del viento para comprender cómo se lanza”.

Los sistemas planetarios como nuestro Sistema Solar parecen contener más objetos rocosos que ricos en gas. Alrededor de nuestro Sol, estos incluyen los planetas interiores, el cinturón de asteroides y el cinturón de Kuiper. Pero los científicos saben desde hace mucho tiempo que los discos de formación de planetas comienzan con 100 veces más masa en gas que en sólidos, lo que lleva a una pregunta apremiante: ¿Cuándo y cómo sale la mayor parte del gas del disco/sistema?

Durante las primeras etapas de la formación del sistema planetario, los planetas se fusionan formando un disco giratorio de gas y pequeño polvo alrededor de la joven estrella. Estas partículas se agrupan formando piezas cada vez más grandes, llamadas planetesimales. Con el tiempo, estos planetesimales chocan y se juntan, formando finalmente planetas. El tipo, tamaño y ubicación de los planetas que se forman dependen de la cantidad de material disponible y del tiempo que permanece en el disco. Por tanto, el resultado de la formación planetaria 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 dispersión impulsada por fotones estelares para diferenciar entre las 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 puede excluirse como posibilidad. Andrew describió cómo «la medición simultánea de las cuatro líneas por parte del JWST resultó crucial para determinar las propiedades del viento y nos ayudó a demostrar que se están dispersando cantidades significativas de gas». Para ponerlo en contexto, los investigadores calculan que la dispersión de masa cada año es equivalente a la de la Luna. Un artículo complementario, actualmente bajo revisión del Astronomical Journal, detallará estos resultados.

oh [Ne II] La línea fue descubierta por primera vez en varios discos de formación de planetas en 2007 con el Telescopio Espacial Spitzer y pronto fue identificada como un trazador de viento por el líder del proyecto, el Prof. Pascucci, de la Universidad de Arizona; esto transformó los esfuerzos de investigación centrados en comprender la dispersión del gas en el disco. El descubrimiento de soluciones resueltas espacialmente [Ne II] y la primera detección de [Ar III] El uso de JWST puede convertirse en el siguiente paso para transformar 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 del Spitzer y nuevas observaciones que obtuvimos con el VLT de ESO», dijo el profesor Richard Alexander de la Escuela de Física de ESO, en la Universidad de Leicester y Astronomía. Aprendimos mucho, pero estas observaciones no nos permitieron medir cuánta masa estaban perdiendo los discos. Los nuevos datos del JWST son espectaculares y poder resolver los vientos del disco en imágenes es algo que nunca pensé que fuera 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 está evolucionando en escalas de tiempo muy cortas, de 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, este desajuste puede explicarse por un disco interno pequeño y asimétrico que ha perdido parte de su masa en apenas unos 17 años. Junto con otros estudios, esto también sugiere que el disco T Cha se encuentra al final de su evolución. Chengyan añade: “¡Podríamos ser testigos de la dispersión de toda la masa de polvo en el disco interno de T Cha durante nuestra vida!”

Las implicaciones de estos descubrimientos ofrecen nuevos conocimientos sobre las complejas interacciones que conducen a la dispersión de gas y polvo esenciales para la formación de planetas. Al comprender los mecanismos detrás de la dispersión del disco, los científicos pueden predecir mejor las líneas de tiempo y los entornos que conducen al nacimiento de los planetas. El trabajo del equipo demuestra el poder de JWST y abre un nuevo camino en la exploración de la dinámica de la formación planetaria y la evolución de los discos circunestelares.

Los datos utilizados en este trabajo fueron adquiridos con el instrumento JWST/MIRI a través del programa General Observers Cycle 1 PID 2260 (IP: I. Pascucci). El equipo de investigación incluye a Naman Bajaj (estudiante de posgrado), el Prof. Ilaria Pascucci, Dra. Uma Gorti, Prof. estudiante), Dra. Giulia Ballabio y Dingshan Deng (estudiante de posgrado).