Το παρασυρόμενο βότσαλο πάγου πυροδοτεί την πλανητική ζωή

Παρασυρόμενα βότσαλα μεταφέρουν νερό στο εσωτερικό των πλανητικών δίσκων

Πώς γεννιούνται οι πλανήτες; Οι επιστήμονες έχουν υποστηρίξει εδώ και καιρό ότι τα βότσαλα που καλύπτονται από πάγο είναι οι σπόροι του σχηματισμού των πλανητών. Αυτά τα παγωμένα στερεά πιστεύεται ότι παρασύρονται προς το νεογέννητο αστέρι από τις ψυχρές εξωτερικές περιοχές του περιβάλλοντος δίσκου. Η θεωρία προβλέπει ότι όταν αυτά τα βότσαλα εισέλθουν στη θερμότερη περιοχή κοντά στο αστέρι, θα απελευθερώσουν μεγάλες ποσότητες κρύου υδρατμούς, παραδίδοντας νερό και στερεά στους αναδυόμενους πλανήτες.

τώρα, Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb Παρακολούθησε αυτή τη διαδικασία, αποκαλύπτοντας τη σχέση μεταξύ των υδρατμών στον εσωτερικό δίσκο και της μετατόπισης των παγωμένων βότσαλων από τον εξωτερικό δίσκο. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει νέους συναρπαστικούς ορίζοντες για τη μελέτη του σχηματισμού βραχωδών πλανητών.

Η ιδέα αυτού του καλλιτέχνη συγκρίνει δύο τύπους τυπικών δίσκων που σχηματίζουν πλανήτες γύρω από νεογέννητα αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο. Στα αριστερά υπάρχει ένα CD και στα δεξιά ένας ανεπτυγμένος δίσκος με κενά. Οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν το Webb μελέτησαν πρόσφατα τέσσερις πρωτοπλανητικούς δίσκους, δύο συμπαγείς και δύο εκτεταμένους. Οι ερευνητές σχεδίασαν τις παρατηρήσεις τους για να ελέγξουν εάν οι συμπαγείς δίσκοι που σχηματίζουν πλανήτες περιέχουν περισσότερο νερό στο εσωτερικό τους από τους εκτεταμένους δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες. Αυτό θα συνέβαινε εάν τα καλυμμένα με πάγο βότσαλα σε CD παρασύρονταν πιο αποτελεσματικά στις εγγύς περιοχές πιο κοντά στο αστέρι, παρέχοντας μεγάλες ποσότητες στερεών και νερού στους βραχώδεις εσωτερικούς πλανήτες που μόλις σχηματίζονταν.
Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

Τα αποτελέσματα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Webb της NASA υποστηρίζουν την από καιρό προτεινόμενη διαδικασία σχηματισμού πλανητών

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν NASAΤο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έκανε μια εκπληκτική ανακάλυψη αποκαλύπτοντας πώς σχηματίζονται οι πλανήτες. Παρατηρώντας τους υδρατμούς σε πρωτοπλανητικούς δίσκους, ο Webb επιβεβαίωσε την ύπαρξη μιας φυσικής διαδικασίας που περιλαμβάνει τη μετατόπιση στερεών που καλύπτονται από πάγο από τις εξωτερικές περιοχές του δίσκου στη βραχώδη πλανητική περιοχή.

Οι θεωρίες έχουν από καιρό προτείνει ότι τα παγωμένα βότσαλα που σχηματίζονται στις ψυχρές εξωτερικές περιοχές των πρωτοπλανητικών δίσκων – την ίδια περιοχή όπου προέρχονται οι κομήτες στο ηλιακό μας σύστημα – πρέπει να ήταν οι κύριοι σπόροι για τον σχηματισμό των πλανητών. Η κύρια απαίτηση για αυτές τις θεωρίες είναι ότι τα βότσαλα θα πρέπει να παρασύρονται προς τα μέσα προς το αστέρι λόγω της τριβής στον αέριο δίσκο, παρέχοντας στερεά και νερό στους πλανήτες.

Επιβεβαιώστε τις θεωρητικές προβλέψεις

Μία από τις βασικές προβλέψεις αυτής της θεωρίας είναι ότι όταν τα παγωμένα βότσαλα εισέρχονται στην θερμότερη ζώνη εντός της «γραμμής χιονιού» – όπου ο πάγος μετατρέπεται σε ατμό – θα πρέπει να απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ατμού κρύου νερού. Αυτό ακριβώς παρατήρησε ο Γουέμπ.

«Ο Webb αποκάλυψε τελικά τη σχέση μεταξύ των υδρατμών στον εσωτερικό δίσκο και της μετατόπισης των παγωμένων βότσαλων από τον εξωτερικό δίσκο», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Andrea Panzati του Texas State University στο San Marcos του Τέξας. «Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει συναρπαστικές προοπτικές για τη μελέτη του σχηματισμού βραχωδών πλανητών χρησιμοποιώντας το WEB!»

Αυτό το γραφικό συγκρίνει φασματοσκοπικά δεδομένα για ζεστό και κρύο νερό στον δίσκο GK Tau, ο οποίος είναι ένας συμπαγής δίσκος χωρίς δακτυλίους, και τον εκτεταμένο δίσκο CI Tau, ο οποίος έχει τουλάχιστον τρεις δακτυλίους σε διαφορετικές τροχιές. Η επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε την άνευ προηγουμένου ικανότητα ανάλυσης του MRS (φασματόμετρο μέσης ανάλυσης) του MIRI για να διαχωρίσει τα φάσματα σε μεμονωμένες γραμμές που ανιχνεύουν νερό σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτά τα φάσματα, που φαίνονται στο επάνω γράφημα, αποκαλύπτουν ξεκάθαρα περίσσεια κρύου νερού στον συμπαγή δίσκο GK Tau, σε σύγκριση με τον μεγάλο δίσκο CI Tau.
Το κάτω γράφημα δείχνει τα δεδομένα περίσσειας κρύου νερού στον συμπαγή δίσκο GK Tau μείον τα δεδομένα κρύου νερού στον εκτεταμένο δίσκο CI Tau. Τα πραγματικά δεδομένα, με μωβ, επικαλύπτονται σε ένα τυπικό φάσμα κρύου νερού. Παρατηρήστε πόσο κοντά ταιριάζουν.
Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA, Leah Hostak (STScI), Andrea Panzati (Κρατικό Πανεπιστήμιο του Τέξας)

«Στο παρελθόν, είχαμε αυτή την πολύ στατική εικόνα του σχηματισμού των πλανητών, σαν να υπήρχαν απομονωμένες περιοχές όπου σχηματίστηκαν πλανήτες», εξήγησε το μέλος της ομάδας Colette Salic από το Vassar College στο Poughkeepsie της Νέας Υόρκης. «Τώρα έχουμε πραγματικά στοιχεία ότι αυτές οι περιοχές μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Είναι επίσης κάτι που έχει προταθεί να συμβεί στο ηλιακό μας σύστημα.

Αξιοποιήστε τη δύναμη του Ιστού

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το MIRI του Webb (μέσο υπέρυθρο όργανο) για να μελετήσουν τέσσερις δίσκους – δύο συμπαγείς και δύο εκτεταμένους – γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο. Η ηλικία αυτών των τεσσάρων αστεριών εκτιμάται ότι είναι μεταξύ 2 και 3 εκατομμυρίων ετών και είναι απλώς νέες γεννήσεις στον κοσμικό χρόνο.

Τα δύο CD αναμένεται να βιώσουν αποτελεσματική μετατόπιση αμμοχάλικου, παραδίδοντας το χαλίκι σε ισοδύναμη απόσταση ΠοσειδώναςΤροχιά. Αντίθετα, τα εκτεταμένα βότσαλα δίσκου αναμένεται να διατηρηθούν σε πολλαπλούς δακτυλίους έως και έξι φορές την τροχιά του Ποσειδώνα.

Αυτό το γραφικό είναι μια ερμηνεία δεδομένων από το MIRI του Webb, ένα όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας που είναι ευαίσθητο στους υδρατμούς στους δίσκους. Εξηγεί τη διαφορά μεταξύ της μετατόπισης του αμμοχάλικου και της περιεκτικότητας σε νερό σε έναν συμπαγή δίσκο έναντι ενός διογκωμένου δίσκου με δακτυλίους και κενά. Στο CD στα αριστερά, καθώς τα καλυμμένα με πάγο βότσαλα παρασύρονται προς τα μέσα προς τη θερμότερη περιοχή πιο κοντά στο αστέρι, είναι ανεμπόδιστα. Όταν διασχίζει τη γραμμή του χιονιού, ο πάγος του μετατρέπεται σε ατμό και παρέχει μεγάλη ποσότητα νερού για να εμπλουτίσει τους βραχώδεις εσωτερικούς πλανήτες που μόλις σχηματίστηκαν. Στα δεξιά υπάρχει ένας διογκωμένος δίσκος με δακτυλίους και κενά. Καθώς τα καλυμμένα με πάγο βότσαλα ξεκινούν το ταξίδι τους στην ενδοχώρα, πολλά από αυτά σταματούν από τα κενά και παγιδεύονται στους δακτυλίους. Λιγότερα βότσαλα πάγου μπορούν να διασχίσουν τη γραμμή του χιονιού για να μεταφέρουν νερό στην εσωτερική περιοχή του δίσκου.
Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

Οι παρατηρήσεις του Webb σχεδιάστηκαν για να καθορίσουν εάν τα CD έχουν υψηλότερη αφθονία νερού στην εσωτερική περιοχή του βραχώδους πλανήτη, όπως θα ήταν αναμενόμενο εάν η μετατόπιση του αμμοχάλικου ήταν πιο αποτελεσματική και παρέδιδε πολλή στερεή μάζα και νερό στους εσωτερικούς πλανήτες. Η ομάδα επέλεξε να χρησιμοποιήσει το MRS (φασματόμετρο μέτριας ανάλυσης) του MIRI επειδή είναι ευαίσθητο στους υδρατμούς που υπάρχουν στους δίσκους.

Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τις προσδοκίες ανιχνεύοντας υπερβολικό κρύο νερό σε δίσκους συμπαγούς, σε σύγκριση με μεγάλους δίσκους.

Όταν το χαλίκι παρασύρεται, κάθε φορά που συναντά ένα χτύπημα πίεσης – μια αύξηση της πίεσης – τείνει να συγκεντρώνεται εκεί. Αυτές οι παγίδες πίεσης δεν σταματούν απαραίτητα τη μετατόπιση του αμμοχάλικου, αλλά την εμποδίζουν. Αυτό φαίνεται να συμβαίνει σε μεγάλους δίσκους με δαχτυλίδια και κενά.

Η τρέχουσα έρευνα δείχνει ότι οι μεγάλοι πλανήτες μπορεί να προκαλέσουν δακτυλίους αυξημένης πίεσης, όπου τα βότσαλα τείνουν να μαζεύονται. Αυτό μπορεί επίσης να είναι ένας ρόλος για Ζεύς Στο ηλιακό μας σύστημα – εμποδίζοντας το χαλίκι και το νερό να φτάσουν στους μικρούς, βραχώδεις, εσωτερικούς και σχετικά φτωχούς σε νερό πλανήτες μας.

Ανακαλύψτε μυστήρια χρησιμοποιώντας δεδομένα ιστού

Όταν τα δεδομένα επέστρεψαν για πρώτη φορά, τα αποτελέσματα ήταν μπερδεμένα για την ερευνητική ομάδα. «Για δύο μήνες, ήμασταν κολλημένοι με αυτά τα προκαταρκτικά αποτελέσματα που μας έλεγαν ότι τα CD είχαν πιο δροσερό νερό, ενώ τα CD είχαν γενικά πιο ζεστό νερό», θυμάται ο Panzati. «Αυτό δεν έχει νόημα, γιατί επιλέξαμε ένα δείγμα αστεριών με πολύ παρόμοιες θερμοκρασίες».

Μόνο όταν ο Panzati επέβαλε τα δεδομένα από τα CD στα δεδομένα από τους μεγαλύτερους δίσκους, η απάντηση έγινε ξεκάθαρη: τα CD περιέχουν επιπλέον κρύο νερό ακριβώς μέσα στη γραμμή του χιονιού, περίπου δέκα φορές πιο κοντά στην τροχιά του Ποσειδώνα.

«Τώρα βλέπουμε επιτέλους κατηγορηματικά ότι το κρύο νερό είναι αυτό που περισσεύει», είπε ο Πανζάτι. “Αυτό είναι άνευ προηγουμένου και οφείλεται αποκλειστικά στην ανώτερη αναλυτική δύναμη του Webb!”

Τα ευρήματα της ομάδας εμφανίζονται στο τεύχος της 8ης Νοεμβρίου του περιοδικού Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.

Παραπομπή: «Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανιχνεύει υπερβολικό κρύο νερό κοντά στη γραμμή του χιονιού σε CD, σύμφωνα με τη μετατόπιση του αμμοχάλικου» των Andrea Panzati, Klaus M. Pontoppidan, John S. Καρ, Έβαν Τζέλισον, Ιλάρια Πασκούτσι, Τζόαν Ρ. Ναγκίτα, Κάρλος Ε. Muñoz-Romero, Karen I. Oberg, Anusha Kalyan, Paola Pinilla, Sebastian Kreijt, Feng Long, Michele Lambrechts, Giovanni Rossotti, Gregory J. Herzig, Colette Salic, Qi Zhang, Edwin A. Mayer and Simon Broder, 8 Νοεμβρίου 2023, Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.
doi: 10.3847/2041-8213/acf5ec

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Ο Webb λύνει τα μυστήρια του ηλιακού μας συστήματος, κοιτάζει πέρα ​​από τους μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και εξερευνά τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το WEB είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος) και την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία.