Młode gwiazdy, podobne do naszego Słońca, nie rodzą się w próżni. Wokół nich krążą gęste dyski z gazu i pyłu — prawdziwe kosmiczne kołyski, w których rodzą się planety. Ale gaz, główny materiał budulcowy atmosfer gigantów takich jak Jowisz i Saturn, nie jest wieczny. Stopniowo ucieka, a okno możliwości szybko się zamyka.
Nowe obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, obejmujące 72 młodych układów gwiazdowych, po raz pierwszy pozwoliły zobaczyć, jak dokładnie to zachodzi na różnych etapach życia dysków protoplanetarnych. Badanie, którego wyniki opublikowano w The Astronomical Journal, prowadził Naman Bajaj z Uniwersytetu Arizony. Wśród współautorów jest naukowiec Instytutu SETI Uma Gorti, która od dziesięcioleci bada procesy rozpraszania takich dysków.
Dane z instrumentu MIRI teleskopu Webba stały się swego rodzaju taśmą filmową: każdy układ to kadr w filmie o pierwszych milionach lat ewolucji planetarnej. W najmłodszych dyskach, do których materia wciąż aktywnie spada na gwiazdę, dominują potężne dżety i szerokie wiatry. Napędzają je pola magnetyczne przenikające dysk. Wodór cząsteczkowy — najpowszechniejsza cząsteczka w tych obszarach — oraz zjonizowany neon pomagają naukowcom śledzić przepływy unoszące masę i moment pędu.
Z czasem obraz się zmienia. Gdy przepływ materii na gwiazdę słabnie, dżety cichną, a wiatry stają się głównie atomowe. Wysokoenergetyczne promieniowanie samej gwiazdy — ultrafiolet i rentgen — przedziera się przez rzednący gaz, ogrzewa go i powoduje jego ucieczkę. Proces ten, znany jako fotoewaporacja, odgrywa coraz większą rolę. To właśnie on był długo badany przez Gorti, a teraz obserwacje potwierdzają, jak teoria łączy się z rzeczywistością w dziesiątkach układów.
„Formowanie się planet to wyścig z czasem” — zauważył Bajaj. „Gazowe olbrzymy takie jak Jowisz muszą zgromadzić swoje masywne atmosfery, zanim dysk będzie wystarczająco gęsty, aby je zapewnić, zanim wiatry i dżety uniosą ten surowy materiał w kosmos”.
Gorti dodaje: rozpraszanie dysku wyznacza fundamentalne zegary. Gdy tylko gaz zniknie, możliwość zbudowania bogatych w gaz planet praktycznie się kończy. W 66 z 72 dysków naukowcy zaobserwowali rozległe wyrzuty wodoru cząsteczkowego i zjonizowanego neonu. Stożkowe wiatry molekularne wykryto w 46 układach, szybkie dżety neonowe — w 40. Każdy układ z dżetem neonowym wykazywał również ślady wiatru wodorowego lub tlenowego.
Te dane stanowią kontynuację wcześniejszych prac tego samego zespołu. W roku 2024 za pomocą Webba udało się sfotografować, jak gaz ucieka z dysku wokół młodej gwiazdy T Cha. Teraz skala wzrosła do dziesiątek obiektów i staje się jasne: żaden mechanizm nie działa w pojedynkę. Układy przechodzą od etapu silnych dżetów magnetycznych do epoki wiatrów atomowych, w tym fotoewaporacji.
Przed nami dokładne pomiary, ile dokładnie gazu jest unoszone i z których stref dysku. To pomoże zrozumieć nie tylko, jak szybko zamyka się okno dla gigantów, ale także gdzie dokładnie udaje się uformować różne typy planet. Na razie obserwacje przypominają: we Wszechświecie wszystko jest ze sobą powiązane w zadziwiający sposób. Gigantyczne przepływy, pola magnetyczne, promieniowanie młodych gwiazd i subtelne ślady chemiczne działają razem, tworząc warunki, w których czasami udaje się narodzić światom podobnym do naszego. Żyjemy w kosmosie, gdzie nawet narodziny planet to dramatyczny wyścig na miliony lat, a teleskop Webba po raz pierwszy pozwala zobaczyć go w całej okazałości.
