James-Webb og Spitzer-teleskoper avslører pågående endringer i et ungt nærliggende solsystem

I følge modellene som oftest vurderes av forskere, er en stjerne vanligvis født fra en gigantisk sky av interstellar gass som hovedsakelig består av hydrogen og helium, de to mest tallrike grunnstoffene i universet. Små variasjoner i tetthet i skyen forårsaker det som kalles gravitasjonskollaps: skyen begynner å trekke seg sammen på seg selv og gasser tiltrekkes mot midten for å danne den unge stjernen. Hvis de fleste gassene i skyen er gruppert i sentrum, i stjernen (solen vår alene representerer 99 % av massen til solsystemet), begynner resten å rotere, og danner det astronomer kaller protoplanet. disk. Om noen millioner år begynner gassene og støvet som utgjør den protoplanetariske skiven å agglomerere gjennom påfølgende kollisjoner. Støvet utvider seg i stadig større blokker, og danner planetesimaler, embryonale planeter som utvikler seg til en protoplanetarisk skive.

Ifølge forskere er dette også scenariet som ser ut til å ha utspilt seg for rundt 4,6 milliarder år siden, da vår sol ble født fra en interstellar sky. Den resulterende protoplanetariske skiven dannet planetene vi kjenner i dag i vårt solsystem i løpet av noen få millioner år, og alle ingrediensene som senere dannet Jorden (og tillot fremveksten av liv) var allerede tilstede i denne skiven; men vår forståelse av dannelsen og utviklingen av vårt solsystem er fortsatt svært upresis. For å prøve å bedre forstå deres opprinnelse, søker astronomer å observere nye stjernesystemer i universet, for å etablere mulige analogier med våre egne.

Denne animasjonen viser utviklingen av en protoplanetarisk skive rundt en stjerne. Hull vises når planeter dannes og samler gass og støv. © ExploraAstro

Fødselen av et stjernesystem noen hundre lysår fra oss

Hvis romteleskopet James-Webb i dag er stjernen i romobservatorier som ser mot enden av universet, gikk andre teleskoper foran det, og oppdagelsene de gjorde blir ikke overskygget av de som er gjort takket være dens eldre bror. Dette er spesielt tilfellet med Spitzer-romteleskopet (Installasjon av infrarødt romteleskop) fra NASA, lansert i 2003, som blant annet gjorde den første levende observasjonen av planetdannelsesprosessen i en protoplanetarisk skive rundt sollignende stjerner. Blant disse observerte begynnende stjernesystemene observerte astronomer den unge stjernen SZ Chamaeleontis (SZ Cha) , ligger omtrent 500 lysår fra oss i Chameleon-konstellasjonen og omgitt av en støvskive, en protoplanetarisk skive.

Hvis dannelsen av planetsystemer ikke er sjelden i universet, vil det fortsatt være en bragd å avdekke et planetsystem i dannelse, og det er verdifullt for astronomer å observere fenomenene som finner sted der. Ved å analysere data samlet inn av Spitzer Space Telescope i 2008 da det observerte SZ Chamaeleontis, oppdaget forskerne den overraskende tilstedeværelsen av neon III, en av de naturlige isotoper av neon. De presenterte sine analyser i 2013 i bladet. The Astrophysical Magazine. Forskerne ble overrasket over oppdagelsen deres fordi av de seksti protoplanetariske skivene som ble karakterisert på den tiden, var SZ Chamaeleontis den eneste som hadde en så høy konsentrasjon av neon III, da de andre systemene hadde svært lite. Forskerteamet utledet at tilstedeværelsen av Neon III i SZ Chamaeleontis-systemet var et tegn på at den protoplanetariske disken ble bombardert hovedsakelig av ultrafiolett stråling, i motsetning til andre systemer som primært ble påvirket av røntgenstråler.

En indikator på forventet levetid for den protoplanetariske skiven.

Hvilken type stråling den protoplanetariske skiven hovedsakelig utsettes for, er avgjørende for utviklingen: ifølge numeriske simuleringer eroderer en skive dominert av røntgenstråler mye raskere enn når den domineres av ultrafiolett stråling. Planetene er i et slags kappløp med tiden for å kunne dannes før skiven forsvinner. Men i SZ Chamaeleontis-systemet indikerte numeriske modeller at dominansen av ultrafiolett stråling tillot minst en million år til for planetdannelse før skiven av gass og støv fordampet for alltid.

Hvis SZ Chamaeleontis allerede skilte seg ut under observasjonen med Spitzer-teleskopet, var ikke forskerne uten overraskelser: da de observerte den unge stjernen igjen, denne gangen med James-Webb-romteleskopet, ble astronomer overrasket over å se at signaturen til Neon IIIs tilstedeværelsen i systemet hadde nesten forsvunnet, bare femten år etter observasjonene gjort av Spitzer-teleskopet. De presenterer sine nye resultater i bladet The Astrophysical Magazine. Siden de to teleskopene er ekstremt effektive, utelukket forskerne muligheten for målefeil.

Tidligere dominert av ultrafiolett stråling, er den protoplanetariske skiven nå dominert av røntgenstråler, noe som begrenser tiden tilgjengelig for planeter å danne seg der. Forskerne mener at forskjellene i neonsignaturer i SZ Cha-systemet er et resultat av en variabel vind som, når den er tilstede, absorberer ultrafiolett lys og etterlater røntgenstråler.Faktisk er vind vanlig i et system med en nydannet energi stjerne; Men det er fortsatt mulig å observere systemet i en rolig, vindstille periode, noe Spitzer-teleskopet gjorde for femten år siden. Forskere planlegger allerede å utføre flere observasjoner av systemet, så vel som andre unge planetsystemer, for bedre å forstå dannelsesprosessene deres. Ifølge dem kan korte perioder med ro i en protoplanetarisk skive dominert av ultrafiolett stråling være vanlige, men har sjelden blitt observert.