To Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) με το όργανο MIRI μελέτησε 72 νεαρά άστρα όμοια με τον Ήλιο και βρήκε ότι το υλικό από το οποίο σχηματίζονται οι πλανήτες απομακρύνεται συνεχώς από τους πρωτοπλανητικούς δίσκους — και ο τρόπος που αυτό συμβαίνει αλλάζει καθώς το σύστημα ωριμάζει. Το αποτέλεσμα: τα παράθυρα ευκαιρίας για τον σχηματισμό αεριωδών γιγάντων όπως ο Δίας είναι σύντομα και εξαρτώνται από το στάδιο ωρίμανσης του δίσκου.

Τι παρατήρησαν με το MIRI

Η ομάδα χρησιμοποίησε το Mid-Infrared Instrument (MIRI) του JWST για να εντοπίσει και να παρακολουθήσει κινήσεις μοριακού υδρογόνου (H₂) στους δίσκους γύρω από τα νεαρά άστρα. Κάθε παρατήρηση απεικόνιζε διαφορετικά στάδια στην πρώιμη εξέλιξη ενός συστήματος· συνδυάζοντας 72 τέτοια «στιγμιότυπα», οι ερευνητές έφτιαξαν μια συνεκτική εικόνα της εξέλιξης της απώλειας μάζας με το χρόνο.

Ποιοι μηχανισμοί «αδειάζουν» τους δίσκους

Τα δεδομένα δείχνουν ότι δεν υπάρχει ένας μοναδικός μηχανισμός που υπερισχύει σε όλα τα στάδια. Στα πρώτα στάδια, ισχυροί, μαγνητικά τροφοδοτούμενοι πίδακες (jets) και αστρικοί άνεμοι — κατευθυνόμενες ροές που ωθούν μάζα μακριά από τον δίσκο — απομακρύνουν σημαντική ποσότητα υλικού. Αργότερα, καθώς ο δίσκος αραιώνει και το φως του κεντρικού άστρου διαπερνά ευκολότερα το υλικό, κυριαρχεί η φωτοεξάτμιση (photoevaporation): η υψηλής ενέργειας ακτινοβολία ιονίζει και θερμαίνει το αέριο, το οποίο στη συνέχεια εκτινάζεται στο διάστημα.

Η μετάβαση μεταξύ αυτών των μηχανισμών σημαίνει ότι ο ρυθμός και η χωρική κατανομή της απώλειας μάζας αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, επηρεάζοντας τόσο το διαθέσιμο αέριο για τον σχηματισμό ατμοσφαιρών όσο και το πού μέσα στον δίσκο μπορεί να συμβεί αυτό.

Σημασία για τον σχηματισμό πλανητών

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι οι αεριώδεις γίγαντες χρειάζονται μεγάλες ποσότητες αερίου για να αποκτήσουν τις παχιές ατμόσφαιρές τους. Ο Naman Bajaj (University of Arizona), που ηγήθηκε της μελέτης, αναφέρει ότι τέτοιοι πλανήτες πρέπει να «συλλέξουν» την ατμόσφαιρά τους όσο ο δίσκος παραμένει αρκετά πλούσιος σε αέριο, πριν οι πίδακες (jets) και οι άνεμοι το απομακρύνουν. Η Uma Gorti (SETI Institute) προσθέτει ότι η απογύμνωση του δίσκου λειτουργεί ως ουσιαστικό χρονόμετρο για τον σχηματισμό κόσμων πλούσιων σε αέριο: όταν το αέριο τελειώσει, οι δυνατότητες για τέτοιους πλανήτες περιορίζονται δραστικά.

Επιπλέον, επειδή διαφορετικές διεργασίες κυριαρχούν σε διαφορετικές αποστάσεις από το άστρο, η χωρική διαφοροποίηση της απώλειας μάζας μπορεί να καθορίσει την τελική κατανομή βραχωδών και αερίων πλανητών στο σύστημα.

Τι ακολουθεί

Το άρθρο της ομάδας, που δημοσιεύθηκε στην The Astronomical Journal (25 Αυγούστου), είναι προς το παρόν η πιο εκτενής χαρτογράφηση της απώλειας μάζας σε πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από άστρα όμοια με τον Ήλιο με χρήση του JWST. Οι επόμενες εργασίες θα επικεντρωθούν στην ποσοτικοποίηση του πόσης μάζας απομακρύνει κάθε μηχανισμός και στον εντοπισμό των περιοχών του δίσκου όπου αυτό συμβαίνει.

Τέτοιες μετρήσεις θα επιτρέψουν πιο λεπτομερή μοντέλα για το πόσο γρήγορα «σβήνει» το παράθυρο σχηματισμού για διάφορους τύπους πλανητών και θα βελτιώσουν την κατανόησή μας για το γιατί το ηλιακό σύστημα κατέληξε στη σημερινή του δομή.

Επιπτώσεις για παρατήρηση και θεωρία

Η μελέτη δείχνει επίσης ότι ο JWST είναι ικανός να παρακολουθεί τη δυναμική απομάκρυνση αερίου και σκόνης γύρω από νεαρά άστρα, ανοίγοντας δρόμους για στοχευμένες παρατηρήσεις που θα συνδέσουν παρατηρησιακά δεδομένα με θεωρίες σχηματισμού πλανητών. Η επόμενη φάση θα απαιτήσει λεπτομερείς εκτιμήσεις μάζας και χωρικής κατανομής, ώστε να μετατραπούν οι παρατηρήσεις σε ποσοτικά όρια για τα χρονοδιαγράμματα σχηματισμού πλανητών.