Para peneliti untuk pertama kalinya mencitrakan angin yang berasal dari piringan pembentuk planet kuno, menyebarkan kandungan gas di dalamnya.

itu Teleskop Luar Angkasa James Webb JWST membantu para ilmuwan menemukan bagaimana planet terbentuk dengan meningkatkan pemahaman tentang tempat kelahirannya dan piringan bintang yang mengelilingi bintang-bintang muda. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Majalah astronomi, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Naman Bajaj dari Universitas Arizona dan termasuk Dr. Uma Gorti di SETI Institute, untuk pertama kalinya mencitrakan, angin dari piringan pembentuk planet purba (masih sangat muda dibandingkan Matahari) secara aktif menyebar kandungan gasnya. Disk tersebut telah dicitrakan sebelumnya, dan angin belum pernah dicitrakan dari disk lama. Mengetahui kapan gas menyebar adalah hal yang penting, karena hal ini membatasi waktu yang tersisa bagi planet-planet baru untuk mengonsumsi gas dari lingkungannya.

Wawasan dari disk TCha yang terkikis

Inti dari penemuan ini adalah pengamatan TCha, bintang muda (relatif terhadap Matahari) yang dikelilingi oleh piringan terkikis yang ditandai dengan celah debu yang lebar, dengan radius sekitar 30 AU. Untuk pertama kalinya, para astronom telah mencitrakan gas yang tersebar (juga dikenal sebagai angin) menggunakan empat garis gas mulia neon (Ne) dan argon (Ar), yang salah satunya merupakan deteksi pertama pada piringan pembentuk planet. foto [Ne II] Ternyata angin tersebut berasal dari wilayah disk yang luas. Tim yang seluruh anggota program JWST dipimpin oleh Ilaria Pascucci (Universitas Arizona) juga tertarik untuk mempelajari bagaimana proses ini terjadi sehingga mereka dapat lebih memahami sejarah dan dampaknya terhadap tata surya kita.

“Angin ini dapat didorong oleh foton bintang berenergi tinggi (cahaya bintang) atau oleh medan magnet yang membentuk cakram yang membentuk planet,” kata Naman.

Uma Gorti dari SETI Institute telah meneliti hamburan piringan selama beberapa dekade, dan dia serta rekannya meramalkan emisi argon yang kuat yang sekarang terdeteksi oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Dia “bersemangat karena akhirnya dapat membongkar kondisi fisik angin untuk memahami cara meluncurkannya.”

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) adalah observatorium astronomi canggih yang dirancang untuk mengungkap rahasia alam semesta, mulai dari pembentukan galaksi, bintang, dan planet hingga mendeteksi potensi tanda-tanda kehidupan di planet ekstrasurya. Diluncurkan pada bulan Desember 2021, observatorium ini berfungsi sebagai observatorium sains luar angkasa terkemuka untuk dekade berikutnya, memanfaatkan warisan Teleskop Luar Angkasa Hubble dengan instrumen yang lebih kuat dan kemampuan observasi yang lebih luas. Kredit: NASA

Evolusi sistem planet

Sistem planet seperti tata surya kita tampaknya mengandung lebih banyak benda berbatu dibandingkan yang kaya gas. Ini termasuk planet bagian dalam di sekitar Matahari kita, sabuk asteroid, dan Sabuk Kuiper. Namun para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa piringan pembentuk planet bermula dengan massa 100 kali lebih besar dalam bentuk gas dibandingkan padatan, sehingga menimbulkan pertanyaan mendesak: Kapan dan bagaimana sebagian besar gas meninggalkan piringan/sistem?

Selama tahap awal pembentukan sistem planet, planet-planet berkumpul menjadi piringan gas dan debu muda yang berputar di sekitar bintang muda. Partikel-partikel ini menggumpal, terakumulasi menjadi potongan-potongan yang semakin besar yang disebut planetesimal. Seiring waktu, planetesimal ini bertabrakan dan saling menempel, akhirnya membentuk planet. Jenis, ukuran, dan lokasi planet yang terbentuk bergantung pada jumlah materi yang tersedia dan berapa lama materi tersebut berada di dalam piringan. Oleh karena itu, hasil pembentukan planet bergantung pada evolusi dan penyebaran piringan tersebut.

Kelompok yang sama, dalam makalah lain yang dipimpin oleh Dr. Andrew Sellick dari Observatorium Leiden, melakukan simulasi hamburan yang disebabkan oleh foton bintang untuk membedakan keduanya. Mereka membandingkan simulasi ini dengan pengamatan sebenarnya dan menemukan bahwa hamburan foton bintang berenergi tinggi dapat menjelaskan pengamatan tersebut dan oleh karena itu tidak dapat dikesampingkan sebagai suatu kemungkinan. Andrew menggambarkan bagaimana “pengukuran simultan keempat garis oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb terbukti penting dalam mengkarakterisasi angin dan membantu kami membuktikan bahwa sejumlah besar gas sedang tersebar.” Untuk menempatkan masalah ini dalam konteksnya, para peneliti menghitung bahwa massa yang tersebar setiap tahun setara dengan massa Bulan! Makalah pendamping, saat ini sedang ditinjau oleh Majalah astronomisaya akan merinci hasil ini.

Penemuan transformatif dan prospek masa depan

itu [Ne II] Garis tersebut pertama kali terdeteksi pada beberapa piringan pembentuk planet pada tahun 2007 menggunakan Teleskop Luar Angkasa Spitzer dan dengan cepat diidentifikasi sebagai pelacak angin oleh pemimpin proyek Profesor Pascucci di Universitas Arizona; Upaya penelitian yang berkembang ini berfokus pada pemahaman dispersi gas disk. Penemuan yang diselesaikan secara spasial [Ne II] Deteksi pertama [Ar III] Penggunaan Teleskop Luar Angkasa James Webb mungkin merupakan langkah selanjutnya untuk mengubah pemahaman kita tentang proses ini.

“Kami pertama kali menggunakan NEON untuk mempelajari cakram pembentuk planet lebih dari satu dekade lalu, dan menguji simulasi komputasi kami terhadap data dari Spitzer, dan pengamatan baru yang kami peroleh dengan menggunakan begitu “VLT,” kata Profesor Richard Alexander dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas Leicester. Kami telah belajar banyak, namun observasi tersebut tidak memungkinkan kami mengukur berapa banyak massa yang hilang dari disk. Data Teleskop Luar Angkasa James Webb yang baru sungguh menakjubkan, dan kemampuan menganalisis gerakan cakram dalam gambar adalah sesuatu yang saya pikir tidak mungkin terjadi. Dengan lebih banyak observasi seperti ini, Teleskop Luar Angkasa James Webb akan memungkinkan kita memahami sistem planet yang baru muncul dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya.

Selain itu, kelompok tersebut juga menemukan bahwa cakram bagian dalam T Cha berevolusi dalam rentang waktu yang sangat singkat, yaitu beberapa dekade; Mereka menemukan bahwa spektrum JWST T Cha berbeda dari spektrum Spitzer sebelumnya. Menurut Qingyan Xie dari Universitas Arizona, penulis utama penelitian yang sedang berlangsung ini, ketidaksesuaian ini dapat dijelaskan oleh piringan bagian dalam yang kecil dan asimetris yang kehilangan sebagian massanya hanya dalam waktu 17 tahun. Dikombinasikan dengan penelitian lain, hal ini juga menunjukkan bahwa disk T Cha berada pada akhir pengembangannya. Qingyan menambahkan: “Kita mungkin bisa melihat semua massa debu di piringan bagian dalam T Cha menghilang dalam hidup kita!”

Implikasi dari temuan ini memberikan wawasan baru mengenai interaksi kompleks yang mengarah pada penyebaran gas dan debu yang penting bagi pembentukan planet. Dengan memahami mekanisme di balik penyebaran cakram, para ilmuwan dapat memprediksi dengan lebih baik garis waktu dan lingkungan yang mengarah pada kelahiran planet. Pekerjaan tim ini menunjukkan kekuatan Teleskop Luar Angkasa James Webb dan menentukan cara baru ke depan dalam mengeksplorasi dinamika pembentukan planet dan evolusi piringan sirkumbintang.

Referensi: “Pengamatan JWST MIRI MRS terhadap T Cha: penemuan angin cakram yang terselesaikan secara spasial” oleh Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Palabio Wu Dingshan Ding, 4 Maret 2024, Majalah astronomi.
doi: 10.3847/1538-3881/ad22e1

Data yang digunakan dalam pekerjaan ini diperoleh dengan menggunakan instrumen JWST/MIRI melalui program General Controllers Course 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). Tim peneliti terdiri dari Naman Bajaj (mahasiswa pascasarjana), Profesor Ilaria Pascucci, Dr Uma Gorti, Profesor Richard Alexander, Dr Andrew Sellick, Dr Jane Morrison, Profesor András Gaspar, Profesor Cathy Clark, Qingyan Xie (mahasiswa pascasarjana), dan Dr Julia Palabio ., Dingshan Ding (mahasiswa pascasarjana).