Astronomowie korzystający z Jamesa Webb Space Telescope (JWST) zauważyli najbardziej bogaty chemicznie dysk, jaki kiedykolwiek obserwowano wokół brązowego karła, fajnego, słabego obiektu czasami nazwanego „nieudaną gwiazdą”.
Odkrycie pochodzi z cha hα 1, młodego Brown Krasnolud otoczony wirującym dyskem gazowym i kurzu, gdzie Planety mogą pewnego dnia nabierać kształtu.
Chociaż nigdy nie podtrzymują fuzji wodoru jak prawda gwiazdybrązowe karła i ich dyski oferują istotne wskazówki na temat tworzenia systemów planet. Wykrywanie przez Webba tego bezprecedensowego naparu chemicznego sugeruje, że nawet te gwiezdne słabsze mogą gościć surowe składniki narodzin planety.
Wynika to z faktu, że gwiazdy o niskiej masie i brązowe karły nie wytwarzają tyle promieniowania lub ciepła jak gwiazdy takie jak nasz słoneczny. Ich otaczające dyski gazu i pyłu są zatem chłodniejsze, cieńsze i mają słabsze ciśnienie i turbulencje. Warunki te zmieniają sposób, w jaki zachowują się ziarna pyłu i cząsteczki: lodowate, bogate w wodę cząstki mogą szybciej dryfować do wewnątrz i zostać połykane przez gwiazdę, podczas gdy jaśniejszy materiał bogaty w węgiel jest bardziej prawdopodobny.
Spokojniejsze środowisko spowalnia również mieszanie się na dysku, co oznacza, że różnice chemiczne między regionami mogą trwać dłużej niż w przypadku gorętszych, bardziej energetycznych gwiazd.
„W dyskach [around low-mass stars and brown dwarfs]bogate w wodę ziarna pyłu poruszają się szybko i są nałożone przez gwiazdę, pozostawiając bardziej bogaty w węgiel kurz-powiedział Space.com Kamber Schwarz, postoktorancki badacz w Max Planck Institute for Astronomia (MPIA) w Heidelberg w Niemczech.
„Planety, które tworzą się na tych dyskach, prawdopodobnie będą miały zupełnie inny skład chemiczny niż planety, które tworzą się wokół bardziej podobnych do słońca gwiazd”, dodał Schwarz, współautor badania o nowych wynikach dostępnych na witryna przedprintowa arxiv.
„Wyniki stanowią rzadkie, szczegółowe spojrzenie na to, jak chemia tworząca planety działa w ekstremalnych środowiskach wokół brązowych karłów, potencjalnie oferując wskazówki na temat różnorodności światów poza nasz układ słoneczny”dodał Thomas Henning, profesor w MPIA.
Naukowcy zaobserwowali CHA Hα 1 z instrumentem środkowej podczerwieni JWST (MIRI) w sierpniu 2022 r., A wyniki są zgodne z danymi zebranymi prawie dwie dekady wcześniej przez obecnie emerytujące NASA Spitzer Space Telescope.
Ta umowa jest ważna, ponieważ potwierdza, że bogata chemia widziana w przypadku Webb nie jest tylko ulotną cechą lub artefaktem obserwacyjnym, ale raczej trwałą cechą dysku brązowego karła. Spitzer zasugerował tę złożoność w 2005 roku, ale ostrzejsza wizja Webba ujawnia teraz pełne zapasy cząsteczek o wiele większą jasność.
CHA Hα 1 jest otoczony dyskem bogatym w węglowodory, takie jak metan, acetylen, etan i benzen, wraz z wodą, wodorem, dwutlenek węgla (CO2) i duże ziarna kurzu krzemionkowym.
„Interesujące jest to, że widzimy zarówno węglowodory, jak i cząsteczki zawierające tlen w JWST Dane – powiedział Schwarz. „Carbon uwielbia wiązać z tlenem, [and the fact that] Nie widzimy żadnego tlenu w tych węglowodorach mówi nam, że utworzyły się one w bardzo ubogim tlenie regionie dysku, różniącym się od regionu, z którego pochodzi woda i CO2 ”.
Zazwyczaj starsze dyski opierają się w jedną lub drugą stronę: środowiska bogate w tlen wytwarzają obfite wodę i krzemiany, podczas gdy środowiska bogate w węgiel sprzyjają cząsteczkom na bazie węgla i wodoru zwanych węglowodorami. Widzenie obu jednocześnie sugeruje, że chemia dysku CHA Hα 1 jest złożona, być może ukształtowana przez różnice temperaturowe na dysku, turbulencje, które mieszają materiał lub po prostu jego wiek.
„Myślimy, [as a result]ten dysk jest młodszy niż dyski wokół innych brązowych karłów – powiedział Schwartz.
Dane MIRI ujawniły również emisję dużych ziaren pyłu krzemianowego w górnych warstwach dysku wewnętrznego, co pokazuje, że ziarna pyłu już zaczynają rosnąć nawet na tym bardzo młodym etapie.
„Pył tworzy stałą powierzchnię w przestrzeni, która jest niezbędna do tworzenia złożonych cząsteczek” – powiedział Henning. „Duże ziarna pyłu nie istnieją w międzygwiezdny medium, ale są ważne dla tworzenia planety. Posiadanie ziarna pyłu w różnych rozmiarach… pozwala gigantyczne rdzenie planety rosną znacznie szybciej niż gdyby cały pył miał ten sam rozmiar. ”
Fakt, że prostsze cząsteczki, takie jak dwutlenek węgla i wodorotlenek (-OH), są w dużej mierze nieobecne, podczas gdy obecne są większe, bardziej złożone cząsteczki, sugeruje, że dysk jest już na zaawansowanym etapie ewolucji chemicznej.
“[Comparing] dyski w różnych punktach ich ewolucji pozwala nam przetestować nasze teorie na temat tego, co napędza tę ewolucję i ostatecznie daje nam lepsze zrozumienie dostępnego materiału tworzenie planet W różnych momentach – powiedział Schwartz.
Zespół twierdzi, że istnieją pewne cechy widmowe na dysku CHA Hα 1, które nie pasują do żadnych cząsteczek badanych w laboratoriach ziemskich, co sugeruje obecność wcześniej nieobserwowanych lub słabo poznanych cząsteczek, które wymagają rozwiązania.
„Byliśmy również w stanie scharakteryzować tylko właściwości gazu i właściwości pyłu osobno” – powiedział Henning. Zespół zidentyfikował, co jest na dysku, ale jeszcze nie, jak pył i gaz współpracują, aby kształtować swoją ewolucję. Aby to zrobić: „Musimy bardziej przyjrzeć się, w jaki sposób kurz i gaz oddziałują ze sobą” – dodał Henning.
Niezwykle bogata mieszanka cząsteczek dysk stanowi rzadką szansę na zbadanie, w jaki sposób chemia kształtuje tworzenie się planety. Zrozumienie tych zbiorników molekularnych może ujawnić, jakie rodzaje planet mogą ostatecznie pojawić się wokół brązowych karłów.
