Webb detecta neón en un sistema estelar joven y proporciona información sobre la formación de planetas

En 2008, observaciones del ahora retirado telescopio espacial infrarrojo Spitzer de la NASA insinuaron la presencia de neón dentro del disco protoplanetario de la estrella similar al Sol SZ Chamaeleontis (SZ Cha). Sin embargo, los instrumentos de Spitzer no pudieron confirmar si esta lectura era correcta. Más de una década después de que se publicaran los resultados de Spitzer, el Telescopio Espacial James Webb conjunto de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense observó SZ Cha y detectó directamente distintas cantidades de neón en el disco protoplanetario de SZ Cha, confirmando las observaciones de Spitzer de 2008.

Las observaciones de Webb, junto con los datos de Spitzer de 2008, están permitiendo a los científicos comprender mejor SZ Cha y su futuro como sistema estelar, al mismo tiempo que les brindan una idea de cómo pudo haber sido nuestro propio sistema solar durante su formación.

“¿Cómo llegamos aquí? Realmente se remonta a esa gran pregunta, y SZ Cha es el mismo tipo de estrella joven, una estrella T-Tauri, como lo era nuestro Sol hace 4.500 millones de años en los albores del sistema solar. Las materias primas para la Tierra, y eventualmente la vida, estaban presentes en el disco de material que rodeó al Sol después de su formación, por lo que estudiar estos otros sistemas jóvenes es lo más cerca que podemos estar de retroceder en el tiempo para ver cómo se desarrolló nuestra propia historia. comenzó”, dijo la autora principal, Catherine Espaillat, de la Universidad de Boston en Massachusetts, quien también dirigió el estudio de 2008. Spitzer observaciones.

Pequeñas diferencias en los tipos específicos de neón detectados por Spitzer y Webb han revelado un cambio en la radiación de alta energía dentro del disco, un fenómeno nunca antes observado. Se predice que este cambio en la radiación de alta energía eventualmente causará que el disco protoplanetario alrededor de SZ Cha se evapore, limitando la cantidad total de tiempo que tienen los planetas para formarse dentro del disco. El neón es un excelente indicador de cuánta radiación golpea y erosiona el disco protoplanetario alrededor de una estrella, razón por la cual muchos científicos buscan neón alrededor de estrellas jóvenes.

Hace 15 años, Spitzer vio lecturas inusuales de neón III en un “sistema solar” aún en desarrollo. Webb acaba de descubrir que el anormal neón III prácticamente ha desaparecido. Los científicos creen que las pistas sobre el pasado de nuestro propio sistema solar pueden encontrarse en estos letreros de neón parpadeantes: https://t.co/HfHMRONG8N pic.twitter.com/Qpk2JSPh6V

– Telescopio Webb de la NASA (@NASAWebb) 15 de noviembre de 2023

Las observaciones de Spitzer insinuaron la presencia de neón III dentro del disco protoplanetario de SZ Cha, una lectura de neón extremadamente rara que es poco común en otros discos de estrellas jóvenes T-Tauri, específicamente discos protoplanetarios que están continuamente expuestos a rayos X de alta energía. La presencia de neón III significa que la radiación de alta energía antes mencionada dentro del disco de SZ Cha estaba siendo producida por luz ultravioleta (UV) en lugar de la luz de rayos X más común. Fue la única detección de neón III en una muestra de 50 a 60 discos protoplanetarios estelares, lo que hace que la diferencia en la luz ultravioleta y los rayos X sea aún más significativa para los planetas dentro del disco de SZ Cha y la vida útil del disco en su conjunto.

“Los planetas están esencialmente en una carrera contra el tiempo para formarse en el disco antes de que se evapore. En modelos informáticos de sistemas en desarrollo, la radiación ultravioleta extrema permite 1 millón de años más de formación de planetas que si la evaporación fuera causada predominantemente por rayos X”, dijo el coautor Thanawuth Thanathibodee, de la Universidad de Boston.

Sin embargo, cuando Espaillat et al. Cuando regresaron a SZ Cha y su disco protoplanetario con Webb, descubrieron que la firma de neón III detectada por Spitzer no estaba allí, lo que probablemente significa que el neón III dentro del disco protoplanetario de SZ Cha había desaparecido por completo. La desaparición del neón III del disco probablemente se debió al predominio de la radiación de rayos X dentro del disco, un fenómeno típico en este tipo de discos protoplanetarios.

Más específicamente, el equipo cree que diferentes firmas de neón dentro del disco de SZ Cha crean un viento variable que, cuando está presente dentro del disco, hace que la luz ultravioleta sea absorbida, lo que significa que solo quedan rayos X para golpear el disco cuando la luz ultravioleta es absorbida. absorbido. Este tipo de vientos no son infrecuentes en sistemas estelares recién formados con estrellas energéticas en su núcleo, pero ocasionalmente hay un período de calma en el que los vientos no existen en el disco. Este período de tranquilidad es lo que permitió la presencia de neón III en el disco cuando Spitzer observó SZ Cha en 2008.

“Tanto los datos de Spitzer como los de Webb son excelentes, por lo que sabíamos que esto tenía que ser algo nuevo que estábamos observando en el sistema SZ Cha: un cambio significativo en las condiciones en sólo 15 años”, explicó el coautor Ardjan Sturm de la Universidad de Leiden, Leiden. , Países Bajos.

El descubrimiento del viento variable y la desaparición del neón III del sistema fueron sólo dos de los muchos misterios de SZ Cha, e incluso tras sus descubrimientos Espsillat et al. Todavía tengo muchas preguntas. El equipo ya está planeando utilizar Webb para observar nuevamente SZ Cha, así como con otros telescopios.

“Será importante estudiar SZ Cha y otros sistemas jóvenes en múltiples longitudes de onda de luz, como rayos X y luz visible, para descubrir la verdadera naturaleza de esta variabilidad que hemos encontrado. Es posible que períodos breves y tranquilos dominados por radiación ultravioleta extrema sean comunes en muchos sistemas planetarios jóvenes, pero simplemente no hemos podido detectarlos”, dijo la coautora Caeley Pittman, de la Universidad de Boston.

Las observaciones de Webb y Spitzer continúan mostrando cuán útiles son los telescopios infrarrojos para descubrir e investigar diversos objetos y fenómenos en el universo. Sin observaciones como las de SZ Cha, los científicos no habrían sabido sobre el viento variable y cómo afecta al neón y otros elementos dentro del disco protoplanetario de una estrella joven T-Tauri.

“Una vez más, el universo nos muestra que ninguno de sus métodos es tan simple como nos gustaría que fuera. Necesitamos repensar, reobservar y recopilar más información. Estaremos siguiendo los letreros de neón”, explicó Espaillat.

La investigación de Espaillat et al. fue publicada en Las cartas del diario astrofísico diario de noviembre 15.

(Imagen principal: Concepto artístico de SZ Cha y su disco protoplanetario. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))