Telescopul James Webb dezvăluie cum se formează giganții gazoși, rezolvând un mister de decenii
Observațiile Telescopului Spațial James Webb în sistemul HR 8799 arată că planetele super-Jupiter se formează prin acrecție de nucleu, nu prin instabilitate gravitațională, estompând granița dintre planete și piticele cenușii.
Astronomii care folosesc Telescopul Spațial James Webb (JWST) au descoperit dovezi surprinzătoare despre modul în care iau naștere planetele gigantice de tip „super-Jupiter”. Descoperirea estompează granița dintre planetele masive și piticele cenușii, obiecte numite adesea „stele ratate”.
Misterul formării giganților gazoși
Giganții gazoși sunt planete enorme compuse în principal din hidrogen și heliu. Deși probabil conțin nuclee dense, aceștia nu au o suprafață solidă precum Pământul. În sistemul solar, Jupiter și Saturn sunt cele mai cunoscute exemple, însă astronomii au descoperit dincolo de acesta numeroase exoplanete gigante, unele fiind mult mai mari decât Jupiter.
Oamenii de știință au dezbătut îndelung modul în care se formează aceste planete gigantice. O teorie, cunoscută sub numele de acrecție de nucleu, sugerează că materialul stâncos și înghețat se adună treptat în interiorul unui disc ce înconjoară o stea tânără. În timp, acest nucleu în creștere devine suficient de masiv pentru a atrage cantități uriașe de gaz. O altă posibilitate este instabilitatea gravitațională, proces în care o parte a discului de gaz se prăbușește rapid și formează un obiect masiv, printr-un mecanism mult mai asemănător cu formarea stelelor.
Sistemul HR 8799 – cheia misterului
O echipă de cercetători condusă de Universitatea California din San Diego a folosit observațiile JWST pentru a investiga acest mister în sistemul stelar HR 8799, iar rezultatele publicate în Nature Astronomy indică un răspuns neșteptat. Sistemul HR 8799 se află la o distanță de aproximativ 133 de ani-lumină, în constelația Pegasus. Astronomii descriu adesea HR 8799 ca pe o versiune supradimensionată a sistemului solar, deoarece conține patru planete gigante exterioare, cu o aranjare similară celei a planetelor de la Jupiter la Neptun.
Cu toate acestea, masele extreme și orbitele largi ale planetelor au creat o problemă pentru vechile teorii. Modelele tradiționale de acrecție sugerau că planete atât de masive nu ar fi avut suficient timp să se formeze înainte ca steaua tânără să împrăștie discul înconjurător de gaz și praf.
Dovezi spectroscopice și sulf în atmosferă
Pentru a studia aceste lumi îndepărtate, astronomii au folosit spectroscopia, analiza luminii pentru a determina compoziția obiectelor spațiale. Echipa s-a concentrat pe materiale mai stabile, cunoscute ca elemente refractare. Sulful este un astfel de element și există doar în formă solidă în interiorul discului protoplanetar unde prind formă planetele. Detectarea sulfului în atmosfera unui gigant gazos sugerează puternic că planeta s-a format prin acrecție de nucleu.
Sistemul HR 8799 este relativ tânăr, având aproximativ 30 de milioane de ani (prin comparație, sistemul solar are circa 4,6 miliarde de ani). Pentru prima dată, astronomii au identificat semnături detaliate ale mai multor molecule rare în atmosferele celor trei giganți gazoși interiori ai sistemului.
Provocări tehnice și concluzii
Descoperirea a presupus depășirea unor provocări tehnice majore. Planetele sunt de aproximativ 10.000 de ori mai puțin luminoase decât steaua lor, iar spectrograful lui JWST nu a fost proiectat inițial pentru acest tip de observație. Jean-Baptiste Ruffio, cercetător la UC San Diego și coautor principal al lucrării, a dezvoltat noi metode de analiză a datelor pentru a separa semnalele planetare slabe de lumina copleșitoare a stelei. Jerry Xuan, cercetător la UCLA, a construit modele atmosferice avansate pentru a confirma prezența sulfului.
Cea mai clară dovadă a prezenței sulfului a fost găsită pe planeta HR 8799 c, deși cercetătorii suspectează că acesta există pe toate cele trei planete interioare. De asemenea, s-a descoperit că aceste planete conțin mai multe elemente grele (inclusiv carbon și oxigen) decât steaua lor mamă, această îmbogățire susținând ideea că s-au format ca planete, nu ca stele.
„Există multe modele de formare planetară. Cred că acest studiu arată că vechile modele de acrecție sunt depășite”, a declarat Quinn Konopacky, profesor de astronomie și astrofizică la UC San Diego și coautor al lucrării. HR 8799 rămâne un caz neobișnuit, fiind în prezent singurul sistem fotografiat direct care conține patru giganți gazoși masivi.
