Zaskakujące odkrycie zespołu astronomów z USA, Polski i Niemiec, wykorzystujące dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, rzuca nowe światło na proces formowania się gwiazd. Badania, opublikowane 6 grudnia 2023 roku w czasopiśmie “Astronomy & Astrophysics”, pokazują, że nawet protogwiazdy – obiekty, w których jeszcze nie zachodzą reakcje termojądrowe – są zdolne do emitowania promieniowania ultrafioletowego (UV). To fundamentalne spostrzeżenie może zrewolucjonizować nasze rozumienie powstawania gwiazd i planet.
Jak Teleskop Webba Zrewolucjonizował Obserwacje Protogwiazd?
Dotychczas uważano, że promieniowanie UV jest charakterystyczne dla dojrzałych gwiazd, takich jak nasze Słońce. Jednak zespół badawczy pod kierunkiem dr Agaty Karskiej z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (UMK) i Iasona Skretasa z Max Planck Institute for Radio Astronomy, postanowił zweryfikować tę hipotezę. Naukowcy skupili się na obserwacji pięciu młodych gwiazd w obszarze gwiazdozbioru Wężownika, wykorzystując potężny instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) na pokładzie Teleskopu Jamesa Webba. Teleskop Webba pozwolił na penetrację gęstych obłoków molekularnych, w których formują się gwiazdy, co było niemożliwe przy użyciu wcześniejszych technologii.
Kluczowym wyzwaniem w badaniach protogwiazd jest fakt, że są one otoczone przez obłoki kosmicznego pyłu i gazu, które skutecznie blokują światło widzialne i promieniowanie UV. Dr Karska wyjaśnia: “Miejsca powstawania protogwiazd wydają się być na niebie ‘dziurami w kosmosie’. Pył kosmiczny w obłokach otaczających protogwiazdy skutecznie zasłania to, co dzieje się w bliskim otoczeniu protogwiazdy.” Promieniowanie podczerwone, o mniejszej energii, jest w stanie przeniknąć przez te obłoki, co umożliwiło badaczom analizę składu chemicznego i procesów zachodzących wewnątrz.
Co Odkryli Naukowcy i Dlaczego To Tak Ważne?
Analiza danych z MIRI ujawniła ślady promieniowania UV pochodzącego z wnętrza układów protogwiazd. To zaskakujące odkrycie wskazuje, że proces emisji UV nie jest związany wyłącznie z reakcjami termojądrowymi zachodzącymi w jądrze gwiazdy. Jak wyjaśniają badacze, promieniowanie UV powstaje w wyniku interakcji strumieni materii wyrzucanych z protogwiazdy (dwubiegunowych dżetów) z otaczającym gazem. Te strumienie materii uderzają w gaz, tworząc fale uderzeniowe, które go rozgrzewają i powodują emisję promieniowania.
Dr Karska podkreśla, że zrozumienie roli UV w procesie powstawania gwiazd jest niezwykle ważne. “Jeśli wokół młodej gwiazdy występuje UV, to gaz w jej otoczeniu nagrzewa się inaczej, a jego skład chemiczny ulega zmianie. A to przecież z tej materii powstanie protoplanetarny dysk, z którego uformują się planety.” Obecność promieniowania UV wpływa na “przepis” na nową gwiazdę, modyfikując warunki powstawania planet. Dlatego uwzględnienie tego zjawiska w symulacjach i modelach formowania się gwiazd i planet jest kluczowe dla uzyskania dokładniejszych wyników.
Jak Powstaje Promieniowanie UV w Protogwiazdach?
Proces formowania się gwiazdy rozpoczyna się od grawitacyjnego kolapsu obłoku molekularnego. W miarę jak obłok się kurczy, materia zaczyna się gromadzić w centrum, tworząc protogwiazdę. Aby obiekt urósł do masy wystarczającej do rozpoczęcia reakcji termojądrowej, musi ściągnąć na siebie materię z otaczającego obłoku. Jednak nie cała materia trafia do protogwiazdy. Pod wpływem rotacji i pola magnetycznego część materii jest wyrzucana z obszaru formowania się gwiazdy w postaci dwubiegunowych dżetów.
Te strumienie materii uderzają w otaczający gaz, tworząc fale uderzeniowe. Fale uderzeniowe rozgrzewają gaz, co prowadzi do emisji promieniowania, w tym promieniowania UV. Badacze wykorzystali informacje o cząsteczkach wodoru molekularnego (H2) do zidentyfikowania obecności promieniowania UV. Chociaż cząsteczka H2 jest najprostsza i najbardziej powszechna we wszechświecie, jest niezwykle trudna do bezpośredniej obserwacji. Informacje o H2 zawierają jednak cenne dane o promieniowaniu UV obecnym w otoczeniu protogwiazdy.
Implikacje dla Zrozumienia Powstawania Planet
Odkrycie emisji UV przez protogwiazdy ma istotne implikacje dla naszego rozumienia powstawania planet. Promieniowanie UV wpływa na skład chemiczny i temperaturę gazu w protoplanetarnym dysku, co z kolei wpływa na proces formowania się planet. Zmiany w składzie chemicznym dysku mogą prowadzić do powstania planet o różnym składzie i właściwościach. Dlatego uwzględnienie wpływu promieniowania UV w modelach formowania się planet jest niezbędne do uzyskania dokładniejszych przewidywań.
Badania zespołu dr Karskiej otwierają nowe możliwości w badaniach formowania się gwiazd i planet. Wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pozwoliło na uzyskanie bezprecedensowych danych, które rzucają nowe światło na te fundamentalne procesy. Przyszłe badania będą koncentrować się na szczegółowej analizie wpływu promieniowania UV na proces formowania się planet i na poszukiwaniu podobnych zjawisk w innych obszarach formowania się gwiazd.
Zaskakujące odkrycie teleskopu Webba pokazuje, jak ważne są innowacyjne technologie w eksploracji kosmosu. Zaskakujące wyniki badań nad protogwiazdami podkreślają, że nasze dotychczasowe rozumienie procesów astrofizycznych jest wciąż niepełne i wymaga ciągłego weryfikowania. Zaskakujące obserwacje z teleskopu Webba inspirują do dalszych badań i poszukiwania odpowiedzi na fundamentalne pytania o wszechświat. Zaskakujące odkrycia, takie jak to, pokazują, że kosmos wciąż skrywa wiele tajemnic. Zaskakujące jest, jak wiele możemy się nauczyć, obserwując gwiazdy w ich najmłodszych stadiach. Zaskakujące jest, jak promieniowanie UV, wcześniej uważane za produkt dojrzałych gwiazd, odgrywa rolę w ich formowaniu. Zaskakujące jest, jak precyzyjne instrumenty, takie jak MIRI, pozwalają nam zajrzeć w niedostępne dotąd zakątki kosmosu.
