Svemirski teleskop James Webb istražuje šta se događa kada se planete sudare

Ovo istraživanje moglo bi rasvijetliti hipotetički sudar između Zemlje i planetarnog tijela veličine Marsa nazvanog Theia, za koje se smatra da je rasulo materijal oko naše planete, koji se prije više milijardi godina spojio i formirao Mjesec.

Mladi planetarni sistemi poznati su po svojoj burnoj prirodi, a čine ih mlade zvijezde okružene diskovima plina i prašine koji se nazivaju protoplanetarni diskovi. Unutar tih diskova mala tijela, koja se nazivaju planetezimali, sudaraju se i spajaju, čime započinje proces formiranja planeta. Međutim, NASA-in sada "penzionisani" svemirski teleskop Spitzer otkrio je da postoji klasa protoplanetarnih diskova koji su još nasilniji od uobičajenih, takozvani ekstremni diskovi krhotina. Ovi sistemi sadrže neuobičajeno velike količine tople prašine blizu mlade zvijezde, u području sličnom onom koje u Sunčevom sistemu zauzimaju stjenovite planete.

Istraživanje ekstremnih diskova krhotina predstavlja izazov, djelimično zato što su veoma rijetki. Naučnici procjenjuju da takvi sistemi postoje oko samo 1 posto zvijezda. Sumnja se da je i naše Sunce nekada bilo jedna od tih rijetkih zvijezda.

Tim naučnika odlučio je istražiti 21 ekstremni disk krhotina koristeći izvanredne mogućnosti JWST-a. To je uključivalo dodatna posmatranja četiri od pet ovih sistema na osnovu arhivskih podataka Spitzera, kao i 16 sistema posmatranih pomoću JWST-a, od kojih je 12 novo posmatranih diskova.

"Ovo je prvi put da smo prikupili dovoljno sistema da zaista razumijemo ovu podklasu, koju nazivamo ekstremnim diskovima krhotina. Prije JWST-a smo imali ograničene informacije. Znali smo da su neobični i veoma različiti od tipičnih hladnih diskova krhotina koje poznajemo, poput Vege i Fomalhauta. Sada kada imamo više podataka, možemo precizno utvrditi šta ovi diskovi predstavljaju za formiranje i evoluciju planeta", rekla je voditeljica tima Kate Su sa Instituta za svemirske nauke u Boulderu u Coloradu.

Istraživači su otkrili tri zajedničke karakteristike ekstremnih diskova krhotina. Oni sadrže sitnija zrna prašine od onih koja se nalaze u "klasičnim" protoplanetarnim diskovima, visoku koncentraciju tople prašine i nepravilne promjene sjaja.

Sljedeći korak bio je otkriti šta uzrokuje ove karakteristike. Kako bi to uradio, tim je istražio minerale od kojih su sastavljeni proučavani diskovi i utvrdio da se mogu podijeliti na one bogate silicijem i one siromašne silicijem. To je naučnicima pokazalo kakve se vrste sudara odvijaju u tim diskovima i stvaraju krhotine nastale pri udarima. Ovi sudari također bi mogli pomoći u objašnjenju promjena sjaja koje su uočene u ovim sistemima.

"Samo posmatrati njihove emisije u srednjem infracrvenom području i prekrasne spektralne karakteristike pomoću JWST-a, što nam je omogućilo da utvrdimo njihov sastav, za mene je bilo najuzbudljivije. Nemamo drugi način da direktno proučavamo ove planetarne embrione jer su premali", kazala je članica tima Agnes Kospal iz Opservatorija Konkoly u Budimpešti u Mađarskoj.

Istraživači smatraju da diskove bogate silicijem stvaraju visokoenergetski sudari objekata veličine Marsa, pri čemu većina materijala ispari. Diskovi siromašni silicijem nastaju u manje energičnim događajima, kada se tijela otprilike veličine Mjeseca okrznu prilikom prolaska jedno pored drugog.

U njihovom uzorku, otprilike trećinu ekstremnih diskova krhotina čine diskovi bogati silicijem. Oni su pronađeni samo oko zvijezda mlađih od 300 miliona godina.

S druge strane, diskovi siromašni silicijem pronađeni su oko zvijezda različite starosti. Oni također često pokazuju veće promjene sjaja od diskova bogatih silicijem. Istraživači pretpostavljaju da je ova promjenjivost sjaja posljedica brzog razvoja svježih krhotina kroz nove sudare i promjene orbita tijela koja čine sistem.

Ova otkrića sada se mogu primijeniti na Sunčev sistem kako bi se dobila bolja slika njegove evolucije tokom 4,6 milijardi godina. Simulacije koje rekonstruiraju najraniju fazu Sunčevog sistema pokazuju da su se zemaljske planete, poput Zemlje, trebale formirati tokom prvih nekoliko stotina miliona godina.

To se podudara sa starošću posmatranih ekstremnih diskova krhotina bogatih silicijem, a također odgovara procijenjenom nastanku Zemlje i Mjeseca, oko 100 miliona godina nakon formiranja Sunca.

Sunčev sistem je vjerovatno prošao i kroz fazu ekstremnog diska siromašnog silicijem tokom perioda poznatog kao kasno teško bombardovanje. Naučnici smatraju da su se upravo tokom tog perioda mogli dogoditi sudari koji su uzrokovali migraciju plinovitih divovskih planeta Sunčevog sistema iz područja blizu Sunca na položaje na kojima se danas nalaze.

"Način na koji su se formirale stjenovite planete i evoluirale divovske planete dio je šire priče o formiranju Sunčevog sistema. Sve je to jedna priča. Naš rad na ekstremnim diskovima krhotina pomaže nam da povežemo širu sliku onoga što trenutno razumijemo", zaključila je Su.