Datele telescopului Webb de la NASA susțin ideile despre formarea planetelor

Transportarea apei –

Date noi confirmă existența unei „linii de zăpadă” în discurile care formează planetele.

De unde provin planetele? Întregul proces se poate complica. Embrionii planetari se confruntă uneori cu obstacole în calea creșterii, care îi lasă ca asteroizi sau nuclee planetare goale. Dar măcar o întrebare despre formarea planetară a primit în sfârșit răspunsul — cum își iau apa.

Timp de zeci de ani, teoriile formării planetare au continuat să sugereze că planetele primesc apă din fragmente de rocă acoperite cu gheață care se formează în zonele friguroase exterioare ale discurilor protoplanetare, unde lumina și căldura de la steaua sistemului în curs de dezvoltare nu au intensitatea necesară pentru a topi gheața. Pe măsură ce frecarea de la gazul și praful discului mută aceste pietricele spre interior, spre stea, ele aduc apă și alte gheață pe planete după ce trec linia zăpezii, unde lucrurile se încălzesc suficient de mult încât gheața se sublimează și eliberează cantități uriașe de vapori de apă. Toate acestea au fost emise ipoteza până acum.

Telescopul James Webb de la NASA a observat acum dovezi inovatoare ale acestor idei, în timp ce a fotografiat patru discuri protoplanetare tinere. Telescopul a folosit spectrometrul cu rezoluție medie (MRS) al lui Webb. Instrument cu infraroșu mediu (MIRI) pentru a culege aceste date, deoarece este deosebit de sensibil la vaporii de apă. Webb a descoperit că în două dintre aceste discuri, cantități masive de vapori de apă rece au apărut dincolo de linia zăpezii, confirmând că gheața sublimată din pietricele înghețate poate livra într-adevăr apă către planete precum a noastră.

Pe margine

Webb și-a pus ochiul proverbial pe patru discuri protoplanetare care aveau doar aproximativ 2 sau 3 milioane de ani și se formează în jurul stelelor asemănătoare Soarelui. Dintre aceste discuri, două erau compacte, în timp ce celelalte două erau mai mari și aveau mai multe goluri care întrerupeau discul. Echipa de cercetare din spatele acestei investigații a vrut să vadă dacă apa a fost adusă în discul interior prin sublimarea gheții pe pietricele care au plutit spre interior de la marginile unui disc. De asemenea, încercau să descopere dacă acest lucru se întâmpla mai eficient pe discuri compacte sau mai mari.

Studiile anterioare efectuate cu telescopul spațial Spitzer de la NASA și ALMA au descoperit câteva date care sugerează că era posibilă derivarea pietricelelor de la părțile exterioare către părțile interioare ale unui disc, împreună cu vaporizarea ulterioară a gheții. Din păcate, datele au fost neclare din cauza rezoluției sale scăzute; liniile spectrale care identificau prezența apei au fost estompate. Rezoluția mai mare a lui Webb a reușit să separe aceste linii, astfel încât să fie mult mai distincte și să arate spectrele apei calde și reci.

Cercetătorii Webb căutau apă rece, ceea ce ar indica gheața sublimată care a confirmat ideile anterioare despre deriva de pietricele înghețate. Apa caldă dintr-un disc ar putea merge doar atât de departe ca dovadă, deoarece ar însemna probabil că deriva și sublimarea au avut loc deja, iar vaporii de apă care au rezultat au fost acum încălziți de steaua sistemului planetar în curs de dezvoltare.

De la pietricele la planetă

În cele două discuri mai mari, s-a constatat că pietricelele înghețate din sistemele mai mari trec cu greu prin goluri. Ei sunt adesea prinși de alte materiale care plutesc într-un gol și rămân blocați acolo în loc să continue să se deplaseze în interior. De asemenea, au tendința de a întâlni capcane de presiune sau regiuni de presiune crescută care le determină să se acumuleze, ceea ce nu îi împiedică complet să se deplaseze, ci acționează ca o viteză cosmică. Deși au fost detectați niște vapori de apă rece în aceste discuri, nu a existat cantitatea mare de vapori pe linia de zăpadă pe care o căuta echipa.

Observațiile discurilor compacte au reprezentat o descoperire. Datele transmise de Webb au arătat că, în timp ce existau spectre care sugerau prezența unor emisii de vapori de apă mai caldi departe în interiorul discului, a existat și un exces de emisii de vapori de apă rece chiar în exteriorul liniei de zăpadă. De aici vaporii de apă vor călători în părțile interioare ale discului.

„Derivarea și capcanarea pietricelelor oferă un proces fundamental, natural pentru o legătură la scară largă între regiunile discului interioară și exterioară, care ar putea explica excesul de apă rece dezvăluit de MIRI în discurile compacte analizate în această lucrare”, au spus cercetătorii într-un studiu recent. publicat în Scrisorile din jurnalul astrofizic.

Deci ce se întâmplă de acolo? În cele din urmă, pietricelele în derivă, care nu au gheață, se vor ciocni între ele până când vor începe să se acumuleze în ceea ce ar putea deveni în cele din urmă o planetă. Acea planetă ipotetică ar putea fi alimentată mai târziu cu vapori de apă și, peste miliarde de ani, ar putea deveni chiar un alt Pământ. Poate că analogii planetei noastre chiar sunt acolo. S-ar putea să nu se fi format încă.

Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/acf5ec