Teleskop Luar Angkasa James Webb menangkapnya

Kesan seniman diadaptasi untuk menyoroti gas yang hilang dari piringan pembentuk planet. Kredit: ESO/M. Kornmesser

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) membantu para ilmuwan mengungkap bagaimana planet terbentuk dengan menggeser tempat lahirnya dan piringan bintang yang mengelilingi bintang-bintang muda.

Dalam makalah yang diterbitkan di The Astronomical Journal, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Naman Bajaj dari Universitas Arizona dan termasuk Drs. Umy Gorti dari SETI Institute, untuk pertama kalinya melihat piringan pembentuk planet tua (relatif masih sangat muda dengan Matahari) secara aktif membuang kandungan gasnya. Disk sudah dibuat, tetapi tidak ada angin dari disk lama. Mengetahui kapan gas tersebut menghilang sangatlah penting karena hal ini membatasi waktu yang dimiliki planet-planet baru untuk mengonsumsi gas dari lingkungannya.

Inti dari penemuan ini adalah pengamatan TCha, sebuah bintang muda (relatif terhadap Matahari) yang dikelilingi oleh piringan terkikis yang ditandai dengan celah debu yang sangat besar, dengan radius sekitar 30 AU. Para astronom untuk pertama kalinya mencitrakan hamburan gas (alias angin) menggunakan empat garis gas mulia neon (Ne) dan argon (Ar), yang salah satunya merupakan deteksi pertama pada piringan pembentuk planet. Gambar dari [Ne II] menunjukkan bahwa angin datang dari wilayah cakram yang luas.

Tim yang semuanya tergabung dalam program JWST yang dipimpin oleh Ilaria Pascucci (Universitas Arizona) juga tertarik untuk mengetahui bagaimana proses ini terjadi untuk lebih memahami sejarah dan dampaknya terhadap tata surya kita.

“Angin ini dapat didorong oleh foton bintang berenergi tinggi (cahaya bintang) atau oleh medan magnet yang membentuk piringan pembentuk planet,” kata Bajaj.

Dr. Gorti dari SETI Institute telah melakukan penelitian hamburan cakram selama beberapa dekade, dan dia serta rekannya memperkirakan kuatnya emisi argon yang kini terdeteksi oleh JWST. Dia “bersemangat karena akhirnya dapat menguraikan kondisi fisik yang tertiup angin untuk memahami bagaimana angin tersebut lepas landas.”

Sistem planet seperti tata surya kita tampaknya mengandung lebih banyak benda berbatu dibandingkan benda kaya gas. Di sekitar Matahari kita, termasuk planet dalam, sabuk asteroid, dan Sabuk Kuiper. Namun, para ilmuwan telah mengetahui sejak lama bahwa piringan pembentuk planet dimulai dengan massa 100 kali lebih besar dalam bentuk gas dibandingkan padatan, sehingga menimbulkan pertanyaan mendesak: Kapan dan bagaimana sebagian besar gas meninggalkan piringan/sistem?

Pada tahap awal pembentukan sistem planet, planet-planet menyatu dalam piringan gas dan debu halus yang berputar mengelilingi bintang muda. Partikel-partikel ini mengumpul dan berkumpul menjadi potongan-potongan yang semakin besar yang disebut planetesimal. Seiring waktu, planetesimal ini bertabrakan dan menyatu, akhirnya membentuk planet. Jenis, ukuran, dan lokasi planet yang terbentuk bergantung pada jumlah materi yang tersedia dan berapa lama materi tersebut berada di dalam piringan. Jadi hasil pembentukan planet bergantung pada evolusi dan disipasi piringan tersebut.

Kelompok yang sama di makalah lain dipimpin oleh Dr. Oleh Andrew Sellek dari Observatorium Leiden, dia melakukan simulasi hamburan yang didorong oleh foton bintang untuk membedakannya. Mereka membandingkan simulasi ini dengan pengamatan sebenarnya dan menemukan bahwa hamburan foton bintang berenergi tinggi dapat menjelaskan pengamatan tersebut dan oleh karena itu tidak dapat dikesampingkan sebagai suatu kemungkinan.

Dr. Sellek menggambarkan bagaimana “pengukuran simultan dari keempat jalur oleh JWST terbukti menjadi kunci untuk menentukan sifat-sifat angin dan membantu kami menunjukkan bahwa sejumlah besar gas sedang hilang.”

Untuk menjelaskan hal ini, para ilmuwan telah menghitung bahwa massa yang tersebar setiap tahun setara dengan massa bulan. Hasil ini akan dirinci dalam makalah pendamping yang saat ini sedang ditinjau oleh The Astronomical Journal.

Itu [Ne II] garis ini pertama kali ditemukan menuju beberapa piringan planet pada tahun 2007 oleh Teleskop Luar Angkasa Spitzer dan segera diidentifikasi sebagai pelacak angin oleh pemimpin proyek Prof. Pascucci dari Universitas Arizona; hal ini mengubah upaya penelitian yang bertujuan untuk memahami hamburan cakram gas. Penemuan terselesaikan secara spasial [Ne II] dan deteksi pertama [Ar III] penggunaan JWST dapat menjadi langkah selanjutnya dalam mengubah pemahaman kita tentang proses ini.

“Kami pertama kali menggunakan neon untuk mempelajari cakram pembentuk planet lebih dari satu dekade lalu, menguji simulasi komputasi kami berdasarkan data dari Spitzer dan observasi baru yang diperoleh dengan ESO VLT,” kata Profesor Richard Alexander dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas Leicester. Kami belajar banyak, namun pengamatan ini tidak memungkinkan kami mengukur berapa banyak massa yang hilang dari cakram. Data JWST yang baru sungguh spektakuler, dan kemampuan untuk membedakan angin cakram pada gambar adalah sesuatu yang saya pikir tidak mungkin terjadi. Dengan lebih banyak observasi seperti ini yang akan datang, JWST akan memungkinkan kita memahami sistem planet muda dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya.”

Selain itu, tim juga menemukan bahwa cakram bagian dalam T Cha berevolusi dalam rentang waktu yang sangat singkat, yaitu beberapa dekade; menemukan bahwa spektrum JWST T Cha berbeda dari spektrum Spitzer sebelumnya. Menurut Chengyan Xie dari Universitas Arizona, penulis utama penelitian yang sedang berjalan ini, perbedaan ini dapat dijelaskan oleh piringan bagian dalam yang kecil dan asimetris yang telah kehilangan sebagian massanya hanya dalam waktu 17 tahun. Bersamaan dengan penelitian lain, hal ini juga menunjukkan bahwa disk T Cha berada pada akhir pengembangannya.

Xie menambahkan, “Dalam hidup kita, kita bisa menyaksikan penyebaran semua materi debu di cakram bagian dalam T Cha.”

Implikasi dari temuan ini memberikan wawasan baru mengenai interaksi kompleks yang mengarah pada penyebaran gas dan debu yang penting bagi pembentukan planet. Dengan memahami mekanisme di balik penyebaran cakram, para ilmuwan dapat memprediksi dengan lebih baik garis waktu dan lingkungan yang mengarah pada kelahiran planet. Pekerjaan tim ini menunjukkan kekuatan JWST dan menetapkan jalur baru dalam menyelidiki dinamika pembentukan planet dan evolusi cakram sirkumbintang.

Data yang digunakan dalam pekerjaan ini diperoleh dengan instrumen JWST/MIRI melalui program General Observer Cycle 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). Tim peneliti antara lain Naman Bajaj (mahasiswa pascasarjana), Prof. Ilaria Pascucci, Dr. Uma Gorti, Prof. Richard Alexander, Dr. Andrew Selleck, Ph.D. Jane Morrison, Prof. Andras Gaspar, Prof. Cathie Clarke, Chengyan Xie (mahasiswa pascasarjana), Dr. Giulia Ballabio dan Dingshan Deng (mahasiswa pascasarjana).

Informasi lebih lanjut:
Naman S. Bajaj dkk, JWST MIRI MRS Pengamatan T Cha: Penemuan Disk Wind yang Terselesaikan Secara Spasial, The Astronomical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad22e1

Disediakan oleh Institut SETI

Kutipan: Teleskop Luar Angkasa James Webb menangkap akhir pembentukan planet (4 Maret 2024) Diakses pada 5 Maret 2024 dari https://phys.org/news/2024-03-james-webb-space-telescope-captures.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk tindakan bonafid apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.