Γύρω από νεογέννητα άστρα σχηματίζονται δίσκοι ύλης (σκόνη, αέρια) η αλληλεπίδραση των οποίων τόσο μεταξύ τους όσο και με το κοσμικό περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται οδηγούν στον σχηματισμό πλανητών. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb εντόπισε και κατέγραψε σειρά δεδομένων από τέτοιους δίσκους ύλης φωτίζοντας τις διεργασίες που οδηγούν στη γέννηση πλανητών.
Το πανίσχυρο τηλεσκόπιο εντόπισε και παρατήρησε δύο συμπαγείς δίσκους αερίου και σκόνης που περιβάλλουν νεαρά αστέρια ηλικίας μόλις 2 εκατομμυρίων έως 3 εκατομμυρίων. Οι δίσκοι βρίσκονται στο μοριακό νέφος του Ταύρου μια περιοχή αστρογένεσης του γαλαξία μας σε απόσταση 430 ετών φωτός από τη Γη.
Η κρατούσα θεωρία αναφέρει ότι οι πλανήτες σχηματίζονται μέσω μιας διαδικασίας που ξεκινά με αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν «προσαύξηση βότσαλου». Αυτό περιλαμβάνει μικρά κομμάτια πυριτικού πετρώματος, που κυμαίνονται σε μέγεθος από λίγα εκατοστά έως περίπου ένα μέτρο τα οποία είναι επικαλυμμένα με πάγο.
Θεωρείται ότι ξεκινούν τη ζωή τους στις εξωτερικές περιοχές ενός δίσκου όπου οι επικρατούν παγωμένες συνθήκες και συνήθως είναι οι περιοχές συγκέντρωσης των κομητών ενός αστρικού συστήματος. Τα μικρά πετρώματα αρχίζουν σταδιακά να βιώνουν την φαινόμενο της τριβής με το αέριο που υπάρχει στο δίσκο. Αυτή η τριβή πιθανώς στερεί από τα βότσαλα την τροχιακή τους ενέργεια και τα αναγκάζει να μεταναστεύσουν στις εσωτερικές περιοχές του δίσκου.
Καθώς συγκεντρώνονται στο εσωτερικό του δίσκου τα βότσαλα πιστεύεται ότι αρχίζουν να προσκρούουν το ένα στο άλλο και να κολλούν μεταξύ τους σιγά-σιγά δημιουργώντας όλο και μεγαλύτερα αντικείμενα μέχρι να γίνουν πρωτοπλανήτες. Στη συνέχεια η πολύ ισχυρότερη βαρύτητα αυτών των πρωτοπλανήτων τους επιτρέπει να απορροφούν βότσαλα με ακόμη πιο γρήγορους ρυθμούς επιταχύνοντας την ανάπτυξή τους.
Η ανακάλυψη
Το James Webb εντόπισε στους δύο δίσκους υδρατμούς η παρουσία των οποίων αποτελεί απόδειξη αυτής της διαδικασίας επειδή αυτοί οι υδρατμοί δεν μπορεί παρά να προέρχονται βότσαλα που έρχονταν σε παγωμένη κατάσταση από τις εξωτερικές περιοχές του δίσκου προς τις θερμότερες εσωτερικές περιοχές.
Καθώς τα παγωμένα βότσαλα παρασύρονται προς τα μέσα, πιστεύεται ότι περνούν ένα όριο που ονομάζεται «γραμμή του χιονιού». Στο ηλιακό μας σύστημα, η γραμμή του χιονιού ήταν ακριβώς μέσα στην τρέχουσα τροχιά του Δία όταν σχηματίζονταν οι πλανήτες. Μέσα σε αυτό το όριο, η θερμοκρασία μέσα στο δίσκο πιστεύεται ότι είναι πολύ μεγάλη για να υπάρχει το νερό ως πάγος. Η παγωμένη επικάλυψη στα βότσαλα θα εξατμιζόταν έτσι, οδηγώντας σε έγχυση υδρατμών κρύου νερού στο εσωτερικό μέρος του δίσκου.
«Το James Webb αποκάλυψε επιτέλους τη σύνδεση μεταξύ των υδρατμών στον εσωτερικό δίσκο και της μετατόπισης των παγωμένων βότσαλων από τον εξωτερικό δίσκο» αναφέρει η Άντρεα Μπανζάτι από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Τέξας επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας που δημοσιεύει τα ευρήματα της στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal Letters».
Οι ερευνητές για να συγκρίνουν τα ευρήματα στους δύο συμπαγείς δίσκους πραγματοποίησαν παρατηρήσεις με το James Webb και σε δύο μεγαλύτερης έκτασης και λιγότερο συμπαγείς δίσκους ύλης νεογέννητων άστρων στο μοριακό νέφος του ταύρου όπου οι συνθήκες εκεί δεν ευνοούν τη μαζική μετακίνηση πετρωμάτων από τις εξωτερικές περιοχές στις εσωτερικές. Η παρουσία υδρατμών εντοπίστηκε μόνο στους συμπαγείς δίσκους.
Ωστόσο, υπάρχουν αναπάντητα ερωτήματα. Για παράδειγμα, οι δύο εκτεταμένοι δίσκοι, που ανήκουν σε συστήματα που ονομάζονται CI Tau και IQ Tau, φαίνεται από προηγούμενες παρατηρήσεις σε αυτούς να έχουν αποκτήσει δακτυλίους η ύπαρξη των οποίων αποτελεί αντικείμενο διερεύνησης από τους αστρονόμους.
Μια θεωρία είναι ότι όταν τα μεταναστευτικά βότσαλα συναντούν μια περιοχή υψηλότερης πίεσης η μετατόπισή τους προς τα μέσα επιβραδύνεται. Αυτή η επιβράδυνση πιστεύεται ότι περιέχει τα βότσαλα μέσα σε αυτά τα είδη παγίδων πίεσης υποχρεώνοντας τα να… μεταμορφωθούν σε δακτυλίους. Ωστόσο, το πώς αυτοί οι δακτύλιοι επηρεάζουν τον σχηματισμό των πλανητών από τη συσσώρευση βότσαλων μέσα τους είναι ασαφές. Είναι επίσης ενδιαφέρον το γεγονός ότι οι δύο συμπαγείς δίσκοι, που ονομάζονται GK Tau και HP Tau, δεν παρουσιάζουν στοιχεία δομών που μοιάζουν με δακτύλιο.
Τα ερωτήματα
Ένα άλλο ανοιχτό ερώτημα αφορά αρχικά τη διαδικασία της προσαύξησης. Ποιες συνθήκες απαιτούνται για να κολλήσουν τα βότσαλα μεταξύ τους όταν συγκρούονται και να συσσωρεύονται σε μεγαλύτερα αντικείμενα χωρίς να σπάσουν; Οι παρατηρήσεις του James Webb που υποστηρίζουν την εσωτερική μετανάστευση των βότσαλων υποδηλώνουν ότι υπάρχουν απαντήσεις σε αυτά τα αινίγματα, αλλά πρέπει απλώς να μάθουμε ποια είναι αυτά.
Ας ελπίσουμε ότι το James Webb θα είναι το κλειδί για αυτό – αν μη τι άλλο το τηλεσκόπιο μπορεί να βοηθήσει να εδραιωθεί μια πιο σύγχρονη εικόνα για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες. «Στο παρελθόν, είχαμε αυτή την πολύ στατική εικόνα του σχηματισμού πλανητών, σχεδόν σαν να υπήρχαν αυτές οι απομονωμένες ζώνες από τις οποίες σχηματίστηκαν οι πλανήτες. Τώρα έχουμε πραγματικά στοιχεία ότι αυτές οι ζώνες μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους» η Κολέτ Σάλικ του Vassar College στη Νέα Υόρκη μέλος της ερευνητικής ομάδας. αποτελέσματα, αναφέρεται στην ανακοίνωση.
Η Σάλικ επισημαίνει επίσης ότι η συσσώρευση βότσαλου έχει προταθεί ότι έχει συμβεί πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια στο ηλιακό μας σύστημα, πράγμα που σημαίνει ότι οι παρατηρήσεις του James Webb δεν θα μας πουν μόνο για το πώς σχηματίζονται οι εξωπλανήτες, αλλά και πώς γεννήθηκε ο δικός μας πλανήτης, η Γη.
