Korzystając z JWST, astronomowie potwierdzili, że niektóre proplydy w Mgławicy Oriona otaczają brązowe karły, dostarczając nowego wglądu w te słabe obiekty gwiazdopodobne i ich potencjalne układy planetarne.
Nowonarodzone gwiazdy otoczone są dyskami gazu i pyłu, zwanymi dyskami protoplanetarnymi, w obrębie których powstają planety. W Mgławicy Oriona najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy emitują intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które oświetla te dyski, umożliwiając ich uchwycenie z niezwykłą szczegółowością. Oszałamiające obrazy tych oświetlonych promieniowaniem UV dysków protoplanetarnych, zwanych proplydami, były jednymi z pierwszych ważnych odkryć dokonanych przez NASA’S Kosmiczny Teleskop Hubble’a dekady temu.
W nowym badaniu przeprowadzonym przez międzynarodowy zespół badaczy, w tym astronoma z Penn State, wykorzystano dane NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrycie, że niektóre z proplydów pierwotnie wykrytych przez Hubble’a otaczają brązowe karły, które są obiektami podobnymi do gwiazd, które są zbyt małe i chłodne, aby mogły ulec fuzji wodoru. Nowe wyniki Webba pomogą astronomom lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają brązowe karły, ich związek z gwiazdami i planetami oraz czy mogą mieć własne planety.
Artykuł opisujący obserwacje został przyjęty do publikacji w czasopiśmie Dziennik astrofizyczny.
„Gwiazdy rodzą się w masywnych obłokach gazu i pyłu w przestrzeni kosmicznej o średnicy lat świetlnych, zwanych mgławicami” – powiedział Kevin Luhman, profesor astronomii i astrofizyki w Eberly College of Science w Penn State i kierownik zespołu badawczego zespół. „Przez dziesięciolecia astronomowie podejrzewali, że wkrótce po połączeniu się gwiazdy w mgławicy, planety powstają w dysku gazu i pyłu otaczającym nowonarodzoną gwiazdę, znanym jako dysk protoplanetarny.”
Wkrótce po wystrzeleniu w 1990 roku Kosmiczny Teleskop Hubble’a ujawnił jedne z najczystszych bezpośrednich zdjęć dysków protoplanetarnych uzyskanych dzięki obserwacjom Mgławicy Oriona. Mgławica Oriona zawiera około 2000 nowonarodzonych gwiazd i jest jedną z najbliższych mgławic gwiazdotwórczych naszego Układu Słonecznego, położoną 1300 lat świetlnych od nas.
Rola brązowych karłów w formacji Proplyd
„Niektóre obiekty powstałe w mgławicach, takich jak Orion, mają masy zbyt małe, aby mogły ulec syntezie wodoru, dlatego są chłodne i słabe i nie kwalifikują się jako pełnoprawne gwiazdy” – powiedziała Catarina Alves de Oliveira, kierownik Działu Nauki Dział Rozwoju Operacyjnego w firmie Europejska Agencja Kosmiczna i kierownik zespołu badawczego. „Te ciała podobne do gwiazd, którym brakuje fuzji, znane są jako brązowe karły. Pytanie brzmi: czy możemy znaleźć proplydy wokół któregokolwiek z brązowych karłów w Orionie?
Wkrótce po odkryciu brązowych karłów w połowie lat 90. astronomowie zaczęli się zastanawiać, czy mogą one również zawierać dyski protoplanetarne. Niektóre z proplidów wykrytych przez Hubble’a w latach 90. wydawały się otaczać obiekty na tyle słabe, że mogły być brązowymi karłami, ale brakowało im pomiarów niezbędnych do potwierdzenia, że mają one niską temperaturę brązowych karłów. Do takich pomiarów potrzebny był bardziej czuły teleskop na podczerwień.
Wkład Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Wystrzelony w grudniu 2021 r. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to najpotężniejszy jak dotąd teleskop na podczerwień, dzięki czemu doskonale nadaje się do pomiaru temperatur słabych obiektów w Mgławicy Oriona, którymi mogą być brązowe karły, w tym najsłabszych proplydów sfotografowanych przez Hubble’a 30 lat temu.
Zespół astronomów przeprowadził pomiary spektroskopią w podczerwieni na małej próbce kandydatów na brązowe karły w Orionie, korzystając ze spektrografu bliskiej podczerwieni Webba. Dane te potwierdziły, że 20 obiektów jest wystarczająco chłodnych, aby być brązowymi karłami, z których najmniejszy może mieć masę zaledwie 0,5% masy ziemskiego słońca, czyli pięć Jupiter szerokie rzesze. Dwa dodatkowe obiekty mają masę bliską minimalnej masie do syntezy – 7,5% masy Słońca – więc nie jest jasne, czy są to małe gwiazdy, czy duże brązowe karły. Próbka nowych brązowych karłów obejmuje dwa słabe proplydy wykryte przez Hubble’a w latach 90. XX wieku, co czyni je dwoma z najfajniejszych i najmniej masywnych proplydów znalezionych do tej pory.
„Nowe obserwacje Webba jedynie zarysowały powierzchnię, jeśli chodzi o brązowe karły w Orionie” – powiedział Luhman. „Mgławica zawiera kilkaset słabych obiektów, które mogą być brązowymi karłami, które nadają się do spektroskopii za pomocą Webba. Przyszłe obserwacje Oriona za pomocą Webba mogą potencjalnie znaleźć o wiele więcej przykładów proplydów wokół brązowych karłów i określić najmniejszą masę, przy której występują brązowe karły. Informacje te pomogą nam wypełnić luki w naszej wiedzy na temat powstawania brązowych karłów i ich związku z gwiazdami i planetami.”
Odniesienie: „JWST/NIRSpec Observations of Brown Dwarfs in the Orion Nebula Cluster”: KL Luhman, C. Alves de Oliveira, I. Baraffe, G. Chabrier, E. Manjavacas, RJ Parker i P. Tremblin, 31 października 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad7b19
Oprócz Luhmana i Alvesa de Oliveiry w skład zespołu badawczego wchodzą Isabelle Baraffe i Gilles Chabrier z Uniwersytetu w Exeter w Wielkiej Brytanii, Elena Manjavacas z Europejskiej Agencji Kosmicznej, Richard J. Parker z Uniwersytetu w Sheffield w Wielkiej Brytanii, i Pascal Tremblin na Université Paris-Saclay we Francji. Obserwacje Hubble’a przeprowadzono za pomocą programu 10246. The NIRCam a obserwacje NIRSpec za pomocą Webba przeprowadzono odpowiednio w ramach programów obserwacji czasu gwarantowanego 1256 i 1228.
