Webbův teleskop studuje disk, ve kterém se kolem masivní planety formuje měsíc

Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) poskytl první přímá měření chemických a fyzikálních vlastností disku, ve kterém by se mohl potenciálně zformovat měsíc a kroužit kolem velké exoplanety. Disk bohatý na uhlík obklopující svět s názvem CT Cha b (souhvězdí Chameleon na jižní obloze), který se nachází ve vzdálenosti 625 světelných let od Země, je možným staveništěm pro měsíce, ačkoliv v datech z teleskopu žádné měsíce detekovány nebyly.

Sluneční soustava obsahuje osm velkých planet a více než 400 známých měsíců obíhajících kolem šesti z těchto oběžnic. Odkud se všechny vzaly? Existuje několik mechanismů jejich vzniku. Argumentem pro velké měsíce, jako jsou čtyři galileovské satelity kolem Jupitera, je to, že se zhustily z prachového a plynného disku obklopujícího planetu, když se zformovala. To se ale stalo před více než 4 miliardami let a dnes existuje jen málo forenzních důkazů. JWST nyní poskytl první přímý pohled na materiál v disku kolem velké exoplanety.

Mladá hvězda, kolem které planeta obíhá, je stará pouze 2 miliony let a stále hromadí cirkumstelární materiál. Cirkumplanetární disk objevený Webbovým teleskopem však není součástí většího akrečního disku kolem centrální hvězdy. Tyto dva objekty jsou od sebe vzdáleny 74 miliard kilometrů.

Pozorování formování planet a měsíců je zásadní pro pochopení vývoje planetárních systémů v naší Galaxii. Měsíců je pravděpodobně více než planet a některé by mohly být domovem pro život, jak ho známe. Nyní však teprve vstupujeme do éry, kdy můžeme být svědky jejich formování.

Tento objev napomáhá lepšímu pochopení formování planet a měsíců, tvrdí vědci. Data z Webbova teleskopu jsou neocenitelná pro srovnání se zrodem naší Sluneční soustavy před více než 4 miliardami let.

„Vidíme důkazy o disku kolem planety a poprvé můžeme studovat jeho chemické složení. Nejsme jen svědky formování měsíce – jsme také svědky formování této planety,“ uvedla spoluautorka Sierra Grantová z Carnegieho institutu pro vědu ve Washingtonu, D.C., USA.

„Vidíme, jaký materiál se hromadí, aby se vytvořila planeta a měsíce,“ dodala hlavní autorka Gabriele Cugnová z Curyšské univerzity ve Švýcarsku a členka Národního centra kompetence ve výzkumu PlanetS.

Analýza hvězdného světla
Infračervená pozorování exoplanety CT Cha b byla provedena pomocí přístroje MIRI (Mid-Infrared Instrument) s využitím spektrografu se středním rozlišením. První pohled do Webbových archivních dat odhalil známky molekul v cirkumplanetárním disku, což motivovalo k hlubšímu ponoření se do těchto dat. Protože slabý signál planety je skryt v záři hostitelské hvězdy, museli vědci oddělit její světlo od planety pomocí metod s vysokým kontrastem.

„Viděli jsme molekuly v místě planety, a tak jsme věděli, že tam je něco, co stojí za to vypátrat a strávit rok snahou vydolovat informace z dat. Vyžadovalo to opravdu hodně vytrvalosti,“ řekla Grantová.

Tým nakonec objevil v disku planety sedm molekul obsahujících uhlík: acetylen (C2H2), benzen (C6H6), diacetylen (C4H2), kyanovodík (HCN), propyn (C3H4), etan (C2H6) a oxid uhličitý (CO2). Toto chemické složení bohaté na uhlík je v ostrém kontrastu s chemickým složením pozorovaným v disku kolem hostitelské hvězdy, kde vědci našli vodu, ale žádný uhlík. Rozdíl mezi těmito dvěma disky nabízí důkazy o jejich rychlém chemickém vývoji během pouhých 2 milionů let.

Vznik měsíců
Dlouho se předpokládalo, že cirkumplanetární disk je místem zrození čtyř hlavních Jupiterových měsíců. Tyto galileovské satelity musely kondenzovat z takového zploštělého disku před miliardami let, jak je patrné z jejich koplanárních drah kolem Jupitera. Dva nejvzdálenější galileovské měsíce, Ganymed a Kallisto, jsou z 50 % tvořeny vodním ledem. Pravděpodobně však mají kamenitá jádra, pravděpodobně z uhlíku nebo křemíku.

„Chceme se dozvědět více o tom, jak Sluneční soustava formovala měsíce. To znamená, že se musíme podívat na další systémy, které jsou stále ve výstavbě. Snažíme se pochopit, jak to všechno funguje,“ řekla Cugnová. „Jak tyto měsíce vznikají? Jaké jsou jejich ingredience? Jaké fyzikální procesy probíhají a v jakém časovém horizontu? Webbův teleskop nám umožňuje být svědky dramatu formování měsíců a poprvé přímým pozorováním zkoumat tyto otázky.“

V nadcházejícím roce tým využije JWST k provedení komplexního průzkumu podobných objektů, aby lépe pochopil rozmanitost fyzikálních a chemických vlastností v discích kolem mladých planet.

Výsledky byly publikovány v časopise The Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: https://esawebb.org/news/weic2521/?lang

autor: František Martinek