Teleskop Webba odkrył: gazowe olbrzymy muszą uformować się szybko, bo gaz znika

Pełny tekst

Zgodnie ze standardowym modelem Ziemia i inne planety powstały w dyskach protoplanetarnych. Taki wirujący wokół młodej gwiazdy dysk składa się z gazu i pyłu, które nie zostały wchłonięte przez gwiazdę. Ziarna pyłu i lodu zderzają się i zlepiają, a z czasem tworzą coraz większe ciała, w tym planetozymale . Te stają się budulcem zarówno planet skalistych, jak i gazowych olbrzymów . Cały proces trwa miliony lat, a w przypadku końcowych etapów formowania planet skalistych nawet dziesiątki milionów lat.

Z artykułu opublikowanego niedawno w czasopiśmie „The Astronomical Journal” wynika, że gaz w dyskach protoplanetarnych jest usuwany przez kilka procesów , których znaczenie zmienia się wraz z wiekiem układu. Dżety, wiatry napędzane polem magnetycznym oraz promieniowanie wysokoenergetyczne mogą rozproszyć gaz, zanim młode planety zdążą go uformować.

72 dyski protoplanetarne

Naman Bajaj z Uniwersytetu Arizony wraz ze współpracownikami przeanalizował archiwalne dane z instrumentu MIRI Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba . Próba obejmowała 72 nachylone względem nas dyski protoplanetarne, w większości należące do obiektów klasy II. Badacze śledzili linie emisyjne wodoru cząsteczkowego i jednokrotnie zjonizowanego neonu. Ponieważ obserwowane obiekty znajdują się na różnych etapach ewolucji, ich zestawienie pozwoliło odtworzyć statystyczny obraz zmian zachodzących w młodych układach. Można obrazowo powiedzieć, że z analiz ułożył się film poklatkowy.

Wyniki wskazują, że planety, a zwłaszcza gazowe olbrzymy, muszą rosnąć szybko . Gaz potrzebny do budowy ich rozległych atmosfer jest bowiem dostępny przez bardzo ograniczony czas .

Uciekający gaz

We wczesnej fazie rozwoju układu młoda gwiazda akreuje materię z otaczającego ją dysku, uszczuplając jego zasoby. Akrecji towarzyszą dżety oraz wiatry napędzane przez pole magnetyczne przenikające dysk. Gaz przemieszcza się wzdłuż linii pola i opuszcza układ, stopniowo zmniejszając masę dysku. Takie wypływy określa się mianem wiatrów magnetohydrodynamicznych.

Badanie sugeruje, że po kilku milionach lat, gdy dżety zanikają, a wiatry molekularne słabną, coraz większą rolę zaczynają odgrywać wiatry fotoewaporacyjne. Promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie młodej gwiazdy ogrzewa oraz jonizuje gaz, ułatwiając jego ucieczkę z dysku .

Oznacza to, że okres szczególnie sprzyjający wzrostowi planet gazowych jest stosunkowo krótki. Z czasem znaczna część potrzebnego im gazu zostaje rozproszona i trafia do przestrzeni międzygwiazdowej.

Jak wyjaśnił w informacji prasowej Naman Bajaj z Uniwersytetu Arizony, formowanie planet przypomina wyścig z czasem . Gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz , muszą zgromadzić rozległe atmosfery, zanim dysk utraci większość zasobów. Jeżeli nie nastąpi to odpowiednio wcześnie, dżety i wiatry wyniosą gaz w przestrzeń kosmiczną , ograniczając dalszy wzrost takich planet.

Skala planetarna

Przyjrzyjmy się skalom czasowym. Typowy dysk protoplanetarny utrzymuje się średnio przez około 2-3 miliony lat, choć za ostateczny podaje się wiek około 10 milionów lat. Nie jest to jednak sztywna granica, znamy także rzadkie dłużej żyjące dyski. W tym czasie muszą powstać jądra gazowych olbrzymów i rozpocząć intensywne gromadzenie gazu. Planety skaliste mogą rosnąć dłużej, także po rozproszeniu gazu: zderzenia planetozymali i embrionów planetarnych mogą trwać dziesiątki, a nawet około stu milionów lat.

Źródło: news.arizona.edu

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN.