Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba wykrył sześć prawdopodobnych planet swobodnych, czyli obiektów o masie planety, ale niezwiązanych grawitacyjnie z żadną gwiazdą. Wśród nich znajduje się także najlżejsza planeta swobodna jaką kiedykolwiek odkryto. Co więcej, wokół niej widoczny jest także dysk pyłowy.
Te nieuchwytne obiekty dostarczają nowych dowodów na to, że te same kosmiczne procesy, które dają początek gwiazdom, mogą również odgrywać taką samą rolę w tworzeniu obiektów tylko nieznacznie większych od Jowisza.
„Badamy same granice procesu formowania się gwiazd” – powiedział główny autor Adam Langeveld, astrofizyk z Johns Hopkins University. „Jeśli masz obiekt, który wygląda jak młody Jowisz, czy możliwe jest, że mógł stać się gwiazdą w odpowiednich warunkach? To ważny kontekst dla zrozumienia zarówno formowania się gwiazd, jak i planet”.
Odkrycia pochodzą z najdokładniejszego badania młodej mgławicy NGC1333, gromady gwiazdotwórczej oddalonej o około tysiąc lat świetlnych w gwiazdozbiorze Perseusza. Nowe zdjęcie wykonane za pomocą kamer teleskopu Jamesa Webba opublikowane dziś przez Europejską Agencję Kosmiczną pokazuje NGC1333 zfascynującymi włóknami międzygwiezdnego pyłu i chmur. Artykuł szczegółowo opisujący wyniki przeglądu został przyjęty do publikacji w The Astronomical Journal.
Dane z Webba sugerują, że odkryte globy to gazowe olbrzymy 5–10 razy masywniejsze od Jowisza. Oznacza to, że należą do obiektów o najmniejszej masie, jakie kiedykolwiek znaleziono, które powstały w procesie, w którym normalnie powstają gwiazdy i brązowe karły, obiekty rozciągające się na granicy między gwiazdami i planetami, które nigdy nie rozpoczynają procesów syntezy wodoru i z czasem stygną.
„Wykorzystaliśmy bezprecedensową czułość Webba w zakresie fal podczerwonych, aby wyszukać najsłabsze elementy młodej gromady gwiazd, starając się odpowiedzieć na fundamentalne pytanie w astronomii: Jak lekki obiekt może powstać tak, jak gwiazda?” powiedział prorektor Johns Hopkins Ray Jayawardhana, astrofizyk i starszy autor badania. „Okazuje się, że najmniejsze swobodnie unoszące się obiekty, które powstają jak gwiazdy, nakładają się masą na olbrzymie egzoplanety krążące wokół pobliskich gwiazd”.
Obserwacje teleskopu nie ujawniły żadnych obiektów o masie mniejszej niż pięć mas Jowisza, mimo że teleskop ma wystarczającą czułość, aby wykryć takie ciała. To mocny sygnał, że wszelkie obiekty gwiezdne lżejsze od tego progu z większym prawdopodobieństwem powstaną w taki sposób, jak planety.
„Nasze obserwacje potwierdzają, że natura wytwarza obiekty o masie planetarnej na co najmniej dwa różne sposoby — poprzez kurczenie się obłoku gazu i pyłu, w sposób, w jaki powstają gwiazdy, oraz w dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd, tak jak Jowisz w naszym układzie słonecznym” — powiedział Jayawardhana.
Najbardziej intrygujący z obiektów samotnych jest również najlżejszy, ma szacowaną masę pięciu Jowiszów (około 1600 mas Ziemi). Obecność dysku pyłowego oznacza, że obiekt prawie na pewno uformował się jak gwiazda, ponieważ pył kosmiczny zazwyczaj wiruje wokół centralnego obiektu na wczesnych etapach formowania się gwiazd.
Dyski są również warunkiem wstępnym powstawania planet, co sugeruje, że obserwacje mogą mieć również ważne implikacje dla potencjalnych „mini” planet.
„Te maleńkie obiekty o masie porównywalnej do mas gazowych olbrzymów mogą same być w stanie utworzyć własne planety”, powiedział współautor Aleks Scholz, astrofizyk z University of St Andrews. „To może być żłobek miniaturowego układu planetarnego, na skalę znacznie mniejszą niż nasz Układ Słoneczny”.
Korzystając z instrumentu NIRISS zainstalowanego na pokładzie teleskopu Webba, astronomowie zmierzyli profil światła podczerwonego (lub widmo) każdego obiektu w obserwowanej części gromady gwiazd i ponownie przeanalizowali 19 znanych brązowych karłów. Odkryli również nowego brązowego karła z towarzyszem o masie planetarnej, rzadkie odkrycie, które podważa teorie dotyczące powstawania układów podwójnych.
„Prawdopodobnie taka para uformowała się w sposób, w jaki powstają układy podwójne gwiazd, z obłoku rozpadającego się podczas kurczenia się” — powiedział Jayawardhana. „Różnorodność układów, które wytworzyła natura, jest niezwykła i skłania nas do udoskonalania naszych modeli powstawania gwiazd i planet”.
Samotne planety mogą powstawać z zapadających się obłoków molekularnych, którym brakuje masy do syntezy jądrowej, która napędza gwiazdy. Mogą również powstawać, gdy gaz i pył w dyskach wokół gwiazd łączą się w planetopodobne kule, które ostatecznie zostają wyrzucone ze swoich układów gwiezdnych, prawdopodobnie z powodu oddziaływań grawitacyjnych z innymi ciałami.
Te swobodnie unoszące się obiekty zacierają klasyfikację ciał niebieskich, ponieważ ich masy pokrywają się z masami gazowych olbrzymów i brązowych karłów. Chociaż takie obiekty są uważane za rzadkie w galaktyce Drogi Mlecznej, nowe dane Webba pokazują, że stanowią one około 10% ciał niebieskich w docelowym gromadzie gwiazd.
W nadchodzących miesiącach zespół zbada więcej atmosfer tych planet i porówna je do cięższych brązowych karłów i gazowych planet olbrzymów. Badacze otrzymali również czas na teleskopie Webba, aby zbadać podobne obiekty z dyskami pyłowymi, aby zbadać możliwość tworzenia mini układów planetarnych przypominających Jowisza i Saturna z ich licznymi księżycami.
Źródło: ApJ