התרשמותו של אמן זה מראה את היווצרותו של כוכב לכת ענק גז המוטבע בדיסק האבק והגז בטבעת האבק סביב כוכב צעיר. מחקר של אוניברסיטת מישיגן, בראשות האסטרונום של UM Gabriele Cugno, כיוון את טלסקופ החלל ג'יימס ווב אל דיסק פרוטו-פלנטרי המקיף פרוטוסטאר בשם SAO 206462, בתקווה למצוא כוכב לכת ענק גז בעת היווצרותו.
כוכבי לכת נוצרים בדסקיות של אבק וגז הנקראות דיסקות פרוטו-פלנטריות המסתחררות סביב פרוטוסטאר מרכזי במהלך ההרכבה הסופית שלו.
למרות שכמה עשרות דיסקים כאלה צולמו, רק שני כוכבי לכת נתפסו בעת היווצרותם עד כה. כעת, אסטרונומים מכוונים את המכשירים החזקים על סיפון טלסקופ החלל ג'יימס ווב בדיסקים פרוטו-פלנטריים כדי לנסות למצוא רמזים מוקדמים לגבי הדרכים שבהן כוכבי לכת נוצרים, וכיצד כוכבי הלכת הללו משפיעים על הדיסק הלידה שלהם.
שלישיית מחקרים בראשות אוניברסיטת מישיגן, אוניברסיטת אריזונה ואוניברסיטת ויקטוריה שילבו את התמונות של JWST עם תצפיות קודמות שנעשו על ידי טלסקופ החלל האבל ואת Atacama Large Millimeter Array, או אלמא, בצ'ילה. בהתבסס על התצפיות הנלוות, הצוות השתמש ב-JWST כדי לצפות בדיסקים פרוטו-פלנטריים HL Tau, SAO 206462 ו-MWC 758 בתקווה לזהות כוכבי לכת שעלולים להיווצר.
בעיתונים, שפורסמו ב כתב העת האסטרונומי, החוקרים חיברו אינטראקציות שלא נראו בעבר בין הדיסק היוצר כוכב לכת לבין מעטפת הגז והאבק המקיפה את הכוכבים הצעירים במרכז הדיסקים הפרו-פלנטריים.
לתפוס כוכב לכת
מחקר ה-UM, בראשות האסטרונום של UM Gabriele Cugno, כיוון את JWST לדיסק המקיף פרוטוסטאר בשם SAO 206462. שם, החוקרים מצאו פוטנציאל מועמד לכוכב לכת בפעולת היווצרותו בדיסק פרוטו-פלנטרי – אבל זה לא היה כוכב הלכת שהם צפוי למצוא.
"מספר סימולציות מצביעות על כך שכוכב הלכת צריך להיות בתוך הדיסק, מסיבי, גדול, חם ובהיר. אבל לא מצאנו. זה אומר שאו שכוכב הלכת קר הרבה יותר ממה שאנחנו חושבים, או שהוא עשוי להיות מוסתר על ידי חומר כלשהו שמונע מאיתנו לראות אותו", אמר קוגנו, גם מחבר שותף בכל שלושת המסמכים. "מה שמצאנו הוא מועמד לכוכב אחר, אבל אנחנו לא יכולים לדעת בוודאות של 100% אם זה כוכב לכת או כוכב רקע חלש או גלקסיה שמזהמים את התמונה שלנו. תצפיות עתידיות יעזרו לנו להבין בדיוק על מה אנחנו מסתכלים".
אסטרונומים צפו בדיסק בעבר, בעיקר עם טלסקופ החלל האבל, טלסקופ סובארו, טלסקופ גדול מאוד ואלמא. תצפיות אלו מציגות דיסק המורכב משתי ספירלות חזקות, אשר ככל הנראה משוגרות על ידי כוכב לכת מתהווה. כוכב הלכת שצוות UM ציפה למצוא הוא סוג הנקרא ענק גז, כוכבי לכת המורכבים בעיקר ממימן והליום, בדומה ל צדק במערכת השמש שלנו.
שתי זרועות ספירליות יוצאות מהדיסק העשירה בגז סביב SAO 206462, כוכב צעיר בקבוצת הכוכבים לופוס. תמונה זו, שנרכשה על ידי טלסקופ סובארו ומכשיר ה-HiCIAO שלו, היא הראשונה להראות זרועות ספירליות בדיסק מקיף. התמונה מתחקה אחר האור הנפלט מהכוכב ומפוזר על פני הדיסק. הדיסק עצמו הוא בקוטר של כ-14 מיליארד קילומטרים, או בערך פי שניים מגודלו של מסלולו של פלוטו במערכת השמש שלנו. קרדיט: NAOJ/Subaru
"הבעיה היא שכל מה שאנחנו מנסים לזהות הוא קלוש במאות אלפים, אם לא מיליוני פעמים מהכוכב", אמר קוגנו. "זה כמו לנסות לזהות נורה קטנה ליד מגדלור."
כדי להציץ מקרוב יותר לתוך הדיסק, הצוות השתמש במכשיר ב-JWST בשם NIRCam. NIRCam מזהה אור אינפרא אדום, והאסטרונומים השתמשו במכשיר תוך שימוש בטכניקה הנקראת הדמיה דיפרנציאלית זוויתית. ניתן להשתמש בטכניקה זו כדי לזהות הן את הקרינה התרמית של כוכב הלכת, כפי שהצוות עשה כדי לזהות את המועמד לכוכב הלכת, והן בקווי פליטה ספציפיים הקשורים לחומר הנופל על כדור הארץ ופוגע בפני השטח שלו במהירות גבוהה.
"כאשר חומר נופל על כדור הארץ, הוא מזעזע בפני השטח ונותן קו פליטה באורכי גל ספציפיים", אמר קוגנו. "אנחנו משתמשים בקבוצה של מסננים בפס צר כדי לנסות לזהות את ההצטברות הזו. זה נעשה בעבר מהקרקע באורכי גל אופטיים, אבל זו הפעם הראשונה שזה נעשה באינפרא אדום עם JWST."
הדמיה של 'חומר הגלם' של כוכבי לכת
המאמר של אוניברסיטת ויקטוריה, בראשות הסטודנטית לאסטרונומיה קמרין מולין, מתאר תמונות של הדיסק המקיף את הכוכב הצעיר HL Tau.
"HL Tau היא המערכת הצעירה ביותר בסקר שלנו, ועדיין מוקפת בזרימה צפופה של אבק וגז הנופלים על הדיסק", אמר מולין, שותף לשלושת המחקרים. "הופתענו מרמת הפירוט שבה יכולנו לראות את החומר שמסביב עם JWST, אבל למרבה הצער, הוא מטשטש כל אותות מכוכבי לכת פוטנציאליים. ”
הדיסק של HL Tau ידוע כבעל מספר טבעות ורווחים בקנה מידה של מערכת השמש שיכולים להכיל כוכבי לכת.
"בעוד שיש המון עדויות להיווצרות כוכבי לכת מתמשכת, HL טאו צעיר מדי עם יותר מדי אבק מתערב מכדי לראות את כוכבי הלכת ישירות", אמר ג'רון לייזנרינג, החוקר הראשי של מסע התצפית בחיפוש אחר כוכבי לכת נוצרים ואסטרונום באוניברסיטה ממצפה הכוכבים של אריזונה סטיוארד. "כבר התחלנו להסתכל על מערכות צעירות אחרות עם כוכבי לכת ידועים כדי לעזור ליצור תמונה שלמה יותר."
עם זאת, להפתעת הצוות, JWST חשף פרטים בלתי צפויים של תכונה אחרת: המעטפת הפרוטו-כוכבית, שהיא בעצם זרימה צפופה של אבק וגז המקיפה את הכוכב הצעיר שרק מתחיל להתלכד, לפי לייזנרינג. בהשפעת כוח הכבידה, חומר מהמדיום הבין-כוכבי נופל פנימה אל הכוכב והדיסק, שם הוא משמש כחומר גלם לכוכבי לכת ומבשריהם.
המחקר של UArizona, בהובלת קווין וגנר, א נאס"א עמית האבל/סאגן במצפה הכוכבים UArizona Steward, בחן את הדיסק הפרוטו-פלנטרי של MWC 758. בדומה ל-SAO 206462, תצפיות קודמות של הצוות בראשות UArizona חשפו זרועות ספירליות שנוצרות בדיסקה, שרומזות על כוכב לכת מסיבי המקיף את הכוכב המארח שלו.
בעוד שלא זוהו כוכבי לכת חדשים בדיסק במהלך התצפיות האחרונות, הרגישות פורצת דרך, אומרים החוקרים, מכיוון שהיא מאפשרת להם להציב את האילוצים המחמירים ביותר עד כה על כוכבי הלכת החשודים. ראשית, התוצאות שוללות קיומם של כוכבי לכת נוספים באזורים החיצוניים של ה-MWC 758, בהתאם לכוכב לכת ענק אחד המניע את זרועות הספירלה.
"היעדר כוכבי לכת שזוהה בכל שלוש המערכות אומר לנו שכוכבי הלכת הגורמים למרווחים ולזרועות הספירליות קרובים מדי לכוכבים המארחים שלהם או חלשים מדי מכדי שניתן יהיה לראותם עם JWST", אמר ואגנר, מחבר שותף בכל שלושת המחקרים . "אם זה האחרון נכון, זה אומר לנו שהם בעלי מסה נמוכה יחסית, טמפרטורה נמוכה, עטופים באבק, או שילוב כלשהו של השלושה – כפי שסביר להניח שהמקרה ב-MWC 758."
החיפוש אחר היווצרות כוכבי לכת נמשך
תפיסת כוכבי לכת בפעולת היווצרותם היא חשובה מכיוון שאסטרונומים יכולים לאסוף מידע לא רק על תהליך ההיווצרות, אלא על האופן שבו יסודות כימיים מתפזרים בכל מערכת פלנטרית.
"רק לכ-15 אחוז מהכוכבים כמו השמש יש כוכבי לכת כמו צדק. זה באמת חשוב להבין איך הם נוצרים ומתפתחים, ולחדד את התיאוריות שלנו", אמר UM Michael Meyer, אסטרונום UM ומחבר שותף של שלושת המחקרים. "יש אסטרונומים שחושבים שכוכבי לכת ענקי הגז האלה מווסתים את העברת המים לכוכבי לכת סלעיים הנוצרים בחלקים הפנימיים של הדיסקים."
לדעת איך הדיסקים הללו מעוצבים על ידי ענקי הגז יעזור לאסטרונומים להבין בסופו של דבר את המאפיינים וההתפתחות של דיסקים פרוטו-פלנטריים שמובילים מאוחר יותר לכוכבי לכת סלעיים דמויי כדור הארץ, אמר מאייר.
"בעצם בכל דיסק שצפינו ברזולוציה וברגישות גבוהים מספיק, ראינו מבנים גדולים כמו פערים, טבעות ובמקרה של SAO 206462, ספירלות", אמר קוגנו. "ניתן להסביר את רוב אם לא את כל המבנים הללו על ידי יצירת כוכבי לכת המקיימים אינטראקציה עם חומר הדיסק, אך קיימים הסברים אחרים שאינם כוללים נוכחות של כוכבי לכת ענקיים.
אם נצליח לראות סוף סוף את כוכבי הלכת הללו, נוכל לחבר חלק מהמבנים עם בני לוויה יוצרים ולקשר תהליכי היווצרות למאפיינים של מערכות אחרות בשלבים מאוחרים הרבה יותר. סוף סוף נוכל לחבר את הנקודות ולהבין כיצד כוכבי לכת ומערכות פלנטריות מתפתחות כמכלול".
