JWST nově definuje dělicí čáru mezi planetami a hvězdami

Kde je dělicí čára mezi hvězdami a nejhmotnějšími planetami? Vědci se domnívají, že to může záviset na způsobu jejich vzniku. Může se jednat buď o postup zdola nahoru, kdy se planety postupně zvětšovaly, nebo o postup shora dolů, kdy se velké mračno plynu a prachu fragmentuje na menší části o velikosti planety? Astronomové použili vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) ke studiu objektu o hmotnosti asi 15krát větší než Jupiter, což jej řadí přímo na dělicí čáru mezi těmito dvěma procesy. Zjistili, že objekt s názvem 29 Cygni b se pravděpodobně formoval zdola nahoru, nikoliv shora dolů. Jinými slovy, zformoval se jako planeta, nikoliv jako hvězda.

Planety, jako ty v naší Sluneční soustavě, vznikají procesem zdola nahoru, kdy se malé kousky hornin a ledu shlukují a časem rostou. Čím je však planeta masivnější, tím těžší je její vznik tímto způsobem vysvětlit.

Astronomové použili vesmírný dalekohled Jamese Webba k prozkoumání 29 Cygni b, objektu asi 15krát hmotnějšího než Jupiter obíhajícího kolem blízké hvězdy. Nalezli několik důkazů o tom, že se exoplaneta 29 Cygni b skutečně zformovala tímto procesem zdola nahoru, což přineslo nové poznatky o tom, jak vznikají nejtěžší planety. Článek popisující tyto poznatky byl publikován v časopise Astrophysical Journal Letters.

Proces formování planet je obecně chápán tak, že probíhá v gigantických discích plynu a prachu kolem hvězd procesem zvaným akrece. Prach se shlukuje do úlomků, které se srážejí a zvětšují, čímž vznikají protoplanety a nakonec planety. Největší z nich pak shromažďují plyn a stávají se obry jako Jupiter. Vzhledem k tomu, že vznik plynných obrů trvá déle a disk materiálu, z něhož se planety tvoří, se nakonec odpaří a zmizí, planetární systémy mají nakonec mnohem více malých planet než velkých obrů.

Naproti tomu hvězdy vznikají, když se obrovský oblak plynu fragmentuje a každá jeho část se zhroutí vlivem vlastní gravitace, zmenšuje se a zhušťuje. Podobný proces fragmentace by teoreticky mohl probíhat i v protoplanetárních discích. To by mohlo vysvětlovat, proč se některé velmi hmotné objekty nacházejí miliardy kilometrů od svých hostitelských hvězd, v oblastech, kde by protoplanetární disk měl být příliš řídký na to, aby došlo k akreci.

29 Cygni b se nachází na hranici mezi tím, co lze vysvětlit těmito dvěma různými mechanismy. Váží 15krát více než Jupiter a obíhá kolem své hvězdy v průměrné vzdálenosti 2,4 miliardy kilometrů, což je zhruba stejně jako Uran ve Sluneční soustavě. Výzkumný tým se na ni zaměřil, protože by mohla být potenciálně výsledkem obou procesů.

Pozorovací program vědeckého týmu použil Webbovu kameru NIRCam (Near-Infrared Camera) v koronagrafickém režimu k přímému zobrazení objektu 29 Cygni b. Tato planeta byla prvním ze čtyř těles, na které se program zaměřil, a o všech je známo, že mají hmotnost 1 až 15krát větší než Jupiter. Tým také požadoval, aby jejich cíle obíhaly kolem svých hvězd do vzdálenosti přibližně 15 miliard kilometrů.

Planety byly všechny mladé a od svého vzniku stále horké, s teplotou v rozmezí od přibližně 530 do 1 000 stupňů Celsia. To by zajistilo, že jejich atmosférické chemické složení bude podobné jako u planet HR 8799, jejíž systém tým studoval dříve.

Výběrem vhodných filtrů byl tým schopen hledat známky absorpce světla oxidem uhličitým (CO2) a oxidem uhelnatým (CO), což jim umožnilo určit množství těchto těžších chemických prvků, které astronomové souhrnně nazývají kovy.

Nalezli silné důkazy o tom, že 29 Cygni b je obohacena o kovy v porovnání se svou hostitelskou hvězdou, která je svým složením podobná našemu Slunci. Vzhledem k hmotnosti planety je množství těžkých prvků, které obsahuje, ekvivalentní přibližně 150 Zemím. To naznačuje, že z protoplanetárního disku nahromadila velké množství pevných látek obohacených o kovy.

Tým také použil pozemní optické dalekohledy s názvem CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy), aby zjistil, zda je oběžná dráha planety v souladu s rotací hvězdy. Toto uspořádání bylo potvrzeno, což by se dalo očekávat u objektu, který vznikl z protoplanetárního disku.

Dohromady tyto důkazy silně naznačují, že 29 Cygni b vznikla uvnitř protoplanetárního disku rychlou akrecí materiálu bohatého na kovy. Tým shromažďuje data o dalších třech cílech v rámci svého programu a plánuje hledat důkazy o rozdílech ve složení planet s nižší a vyšší hmotností. To by mělo poskytnout další vhled do mechanismů jejich vzniku.

Zdroj: https://esawebb.org/news/weic2607/?lang

autor: František Martinek