Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Webb αλλάζει τα δεδομένα στη δημιουργία πλανητών ανιχνεύοντας Νέον

_{original article: https://www.nasa.gov/missions/webb/webb-follows-neon-signs-toward-new-thinking-on-planet-formation/}

Ενδιαφέροντα στοιχεία για το μέλλον των πλανητικών συστημάτων προκύπτουν από τις παρατηρήσεις του ευγενούς αερίου νέον μέσω του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST) της NASA. Επιπλέον, αντίστοιχες παρατηρήσεις μπορούν να φωτίσουν και το παρελθόν ενός άλλου πλανητικού συστήματος – του δικού μας. Eρευνητές έστρεψαν το Webb στον περιαστρικό δίσκο του νεαρού αστέρα SZ Chamaelontis (στο εξής Sz Cha), ο οποίος έχει παρόμοια μάζα με τον ήλιο (και άρα και πιθανή εξέλιξη) και επιβεβαίωσαν την παρουσία νέον στον δίσκο αυτό, όπως είχε πρώτοπαρατηρηθεί με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer.

Οι διαφορές στις μετρήσεις νέον μεταξύ του Spitzer και του Webb υποδεικνύουν μια αλλαγή στην ισχύ της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας που εκπέμπει ο νεαρός αστέρας SZ Chamaelontis και φτάνει στο δίσκο. Μια τέτοια αλλάγή δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν και σημαίνει ότι το αέριο στον περιαστρικό δίσκο κατά περιόδους εξατμίζεται. Έτσι, τα διαθέσιμα υλικά για τον σχηματισμό πλανητών μειώνονται γρηγορότερα από ότι η μέση τιμή ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας υποδηλώνει και άρα ο συνολικός διαθέσιμος χρόνος που έχουν οι πλανήτες για τον σχηματισμό τους είναι συντομότερος από ότι πιστεύαμε. 

«Πώς φτάσαμε ως εδώ; Αυτό είναι το μεγάλο ερώτημα που θέλουμε να απαντήσουμε και ο SZ Cha είναι ο ίδιος τύπος νεαρού αστεριού, ένα αστέρι T-Tauri, όπως ήταν ο Ήλιος μας πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια στην αυγή του ηλιακού συστήματος», δήλωσε η αστρονόμος Catherine Espaillat του Πανεπιστημίου της Βοστώνης, στη Μασαχουσέτη, η οποία ηγήθηκε τόσο των παρατηρήσεων Spitzer το 2008 όσο και των πρόσφατα δημοσιευμένων αποτελεσμάτων του Webb. «Οι πρώτες ύλες για τη Γη, και τελικά για τη ζωή, υπήρχαν στο δίσκο των υλικών που περιέβαλλε τον Ήλιο μετά τη σύστασή του, και έτσι η μελέτη αυτών των άλλων νεαρών συστημάτων είναι όσο πιο κοντά μπορούμε να πάμε πίσω στο χρόνο για να δούμε πώς ξεκίνησε η δική μας ιστορία.»

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το νέον ως δείκτη για το πόση και τι είδους ακτινοβολία χτυπά και διαβρώνει το δίσκο γύρω από ένα αστέρι. Όταν το τηλεσκόπιο Spitzer παρατήρησε το SZ Cha το 2008, είδε μια ακραία εικόνα, με μετρήσεις νέον που δεν έμοιαζαν με κανέναν άλλο νεαρό δίσκο T-Tauri. Η διαφορά ήταν η ανίχνευση του νέον III, το οποίο είναι τυπικά σπάνιο σε πρωτοπλανητικούς δίσκους που χτυπιούνται από ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας (Εικόνα 2). Αυτό σήμαινε ότι η ακτινοβολία υψηλής ενέργειας στον δίσκο SZ Cha προερχόταν από το υπεριώδες φως (UV) αντί από τις ακτίνες Χ. Πέρα από το ότι είναι η μοναδική τέτοια μέτρηση σε ένα δείγμα 50-60 νεαρών αστρικών δίσκων, η διαφορά UV έναντι ακτίνων Χ είναι σημαντική για τη διάρκεια ζωής του δίσκου και των πιθανών πλανητών του.

«Οι πλανήτες βρίσκονται ουσιαστικά σε έναν αγώνα δρόμου ενάντια στο χρόνο για να σχηματιστούν στον περιαστρικό δίσκο πριν εξατμιστεί», εξήγησε ο Thanawuth Thanathibodee από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Σε προσομοιώσεις περιαστρικών δίσκων, η ακραία υπεριώδης ακτινοβολία επιτρέπει ένα εκατομμύριο περισσότερα χρόνια σχηματισμού πλανητών από ότι αν η εξάτμιση προκαλείται κυρίως από ακτίνες Χ». Οπότε, ο SZ Cha ήταν ήδη μεγάλος γρίφος όταν η ομάδα της Espaillat επέστρεψε για να το μελετήσει με το τηλεσκόπιο Webb, μόνο για να βρει μια νέα έκπληξη: Η ασυνήθιστη υπογραφή νέον III είχε σχεδόν εξαφανιστεί, υποδηλώνοντας τη συνήθη κυριαρχία της ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι η διαφορά στις μετρήσεις νέον στο σύστημα SZ Cha είναι το αποτέλεσμα ενός μεταβλητού αστρικού ανέμου που, όταν υπάρχει, απορροφά το υπεριώδες φως και αφήνει τις ακτίνες Χ να χτυπήσουν τον δίσκο. Οι αστρικοί άνεμοι είναι συνηθισμένοι σε ένα σύστημα με ένα νεοσχηματισμένο, ενεργητικό αστέρι, λέει η ομάδα, αλλά είναι δυνατό να παρατηρήσουμε ένα  σύστημα κατά τη διάρκεια μιας ήσυχης περιόδου, χωρίς αστρικούς ανέμους, κάτι που έτυχε να γίνει με το τηλεσκόπιο Spitzer. «Τόσο τα δεδομένα του Spitzer όσο και του Webb είναι εξαιρετικά, οπότε ξέραμε ότι έπρεπε να ήταν κάτι νέο που παρατηρούσαμε στο σύστημα SZ Cha – μια σημαντική αλλαγή στις συνθήκες σε μόλις 15 χρόνια», πρόσθεσε ο συν-συγγραφέας Ardjan Sturm από το Πανεπιστήμιο του Leiden στην Ολλανδία.

Η ομάδα της Δρ. Espaillat σχεδιάζει ήδη περισσότερες παρατηρήσεις του SZ Cha με το τηλεσκόπιο Webb, καθώς και άλλα τηλεσκόπια, για να κατανοήσει τα μυστήρια του συστήματος. «Θα είναι σημαντικό να μελετήσουμε το SZ Cha και άλλα νεαρά συστήματα, σε πολλαπλά μήκη κύματος φωτός, όπως οι ακτίνες Χ και το ορατό φως, για να ανακαλύψουμε την αληθινή φύση αυτής της μεταβλητότητας που έχουμε βρει», δήλωσε ο, επίσης συνεργάτης της ομάδας, Caeley Pittman του Πανεπιστήμιο της Βοστώνης. «Είναι πιθανό οι σύντομες, ήσυχες περίοδοι που κυριαρχούνται από την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία να είναι κοινές σε πολλά νεαρά πλανητικά συστήματα, αλλά απλώς δεν μπορέσαμε να τις συλλάβουμε».

«Για άλλη μια φορά, το Σύμπαν μας δείχνει ότι καμία από τις μεθόδους του δεν είναι τόσο απλή όσο θα θέλαμε να πιστεύουμε. Πρέπει να ξανασκεφτούμε, να παρατηρήσουμε ξανά και να συγκεντρώσουμε περισσότερες πληροφορίες. Θα ακολουθήσουμε τις πινακίδες νέον», είπε η Espaillat. 

Η συγκεκριμένη έρευνα έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση στο Astrophysical Journal Letters. 

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Το Webb λύνει μυστήρια στο ηλιακό μας σύστημα, κοιτάζει πέρα από μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και διερευνά τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του Σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το Webb είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της, την ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία) και την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία.