I sistemi planetari impiegano milioni di anni per formarsi, che introduce una bella sfida per gli astronomi. Come identificare in quale fase si trovano, o classificarli? L'approccio migliore è guardare molti esempi e continuare ad aggiungere ai dati che abbiamo, e il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA sarà in grado di fornire un inventario a infrarossi. I ricercatori che utilizzano Webb osserveranno 17 sistemi planetari in formazione attiva. Questi particolari sistemi sono stati precedentemente rilevati dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), il più grande radiotelescopio del mondo, per il progetto delle sottostrutture del disco ad alta risoluzione angolare (DSHARP).

Webb misurerà gli spettri che possono rivelare molecole nelle regioni interne di questi dischi protoplanetari, integrando i dettagli forniti da ALMA sulle regioni esterne dei dischi. Queste regioni interne sono dove rocciose, I pianeti simili alla Terra possono iniziare a formarsi, che è uno dei motivi per cui vogliamo saperne di più su quali molecole esistono lì.

Un gruppo di ricerca guidato da Colette Salyk del Vassar College di Poughkeepsie, New York, e Klaus Pontoppidan dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland, cercare i dettagli trovati nella luce infrarossa. "Una volta che si passa alla luce a infrarossi, specificamente alla gamma di Webb nella luce del medio infrarosso, saremo sensibili alle molecole più abbondanti che portano elementi comuni, " ha spiegato Pontoppidan.

I ricercatori saranno in grado di valutare le quantità di acqua, monossido di carbonio, diossido di carbonio, metano, e ammoniaca, tra molte altre molecole, in ciascun disco. criticamente, potranno contare le molecole che contengono elementi essenziali alla vita come la conosciamo, compreso ossigeno, carbonio, e azoto. Come? Con la spettroscopia:Webb catturerà tutta la luce emessa al centro di ogni disco protoplanetario come uno spettro, che produce uno schema dettagliato di colori basato sulle lunghezze d'onda della luce emessa. Poiché ogni molecola imprime un modello unico sullo spettro, i ricercatori possono identificare quali molecole sono presenti e creare inventari dei contenuti all'interno di ciascun disco protoplanetario. La forza di questi modelli trasporta anche informazioni sulla temperatura e la quantità di ciascuna molecola.

"I dati di Webb ci aiuteranno anche a identificare dove si trovano le molecole all'interno del sistema generale, " ha detto Salyk. "Se sono caldi, ciò implica che sono più vicini alla stella. Se sono più cool, potrebbero essere più lontani." Queste informazioni spaziali aiuteranno a informare i modelli che gli scienziati costruiscono mentre continuano a esaminare i dati di questo programma.

Sapere cosa c'è nelle regioni interne dei dischi ha anche altri vantaggi. ha acqua, Per esempio, è arrivato in questa zona, dove potrebbero formarsi pianeti abitabili? "Una delle cose davvero sorprendenti dei pianeti:cambia solo un po' la chimica e puoi ottenere questi mondi drammaticamente diversi, " Salyk ha continuato. "Ecco perché siamo interessati alla chimica. Stiamo cercando di capire come i materiali inizialmente trovati in un sistema possano finire come diversi tipi di pianeti".

Se questo suona come un'impresa significativa, non preoccuparti, sarà uno sforzo comunitario. Questo è un programma di tesoreria Webb, il che significa che i dati vengono rilasciati non appena vengono portati a tutti gli astronomi, consentendo a tutti di estrarre immediatamente i dati, iniziare a valutare cosa c'è in ogni disco, e condividere le loro scoperte.

"I dati a infrarossi di Webb saranno studiati intensamente, " ha aggiunto il co-investigatore Ke Zhang dell'Università del Wisconsin-Madison. "Vogliamo che l'intera comunità di ricerca sia in grado di avvicinarsi ai dati da diverse angolazioni".

Perché l'esame ravvicinato?

facciamo un passo indietro, vedere la foresta per gli alberi. Immagina di essere su una nave da ricerca al largo della costa di un terreno lontano. Questa è la visione più ampia. Se dovessi atterrare e sbarcare, potresti iniziare a contare quanti alberi ci sono e quante specie di alberi. Potresti iniziare a identificare insetti e uccelli specifici e abbinare i suoni che hai sentito al largo con i richiami che senti sotto le cime degli alberi. Questa catalogazione dettagliata è molto simile a ciò che Webb consentirà ai ricercatori di fare, ma scambia alberi e animali con elementi chimici.

I dischi protoplanetari in questo programma sono molto luminosi e relativamente vicini alla Terra, rendendoli ottimi obiettivi di studio. Ecco perché sono stati intervistati da ALMA. È anche il motivo per cui i ricercatori li hanno studiati con lo Spitzer Space Telescope della NASA. Questi oggetti sono stati studiati in profondità solo dal 2003, rendendo questo un campo di ricerca relativamente nuovo. C'è molto che Webb può aggiungere a ciò che sappiamo.

Il Mid-Infrared Instrument (MIRI) del telescopio offre molti vantaggi. La posizione di Webb nello spazio significa che può catturare l'intera gamma della luce nel medio infrarosso (l'atmosfera terrestre la filtra). Più, i suoi dati avranno alta risoluzione, che rivelerà molte più linee e oscillazioni negli spettri che i ricercatori possono utilizzare per estrarre molecole specifiche.

I ricercatori sono stati anche selettivi sui tipi di stelle scelti per queste osservazioni. Questo campione include stelle che hanno da circa la metà della massa del Sole a circa il doppio della massa del Sole. Come mai? L'obiettivo è aiutare i ricercatori a saperne di più sui sistemi che potrebbero essere simili al nostro quando si è formato. "Con questo campione, possiamo iniziare a determinare se ci sono caratteristiche comuni tra le proprietà dei dischi e la loro chimica interna, " continuò Zhang. "Alla fine, vogliamo essere in grado di prevedere quali tipi di sistemi hanno maggiori probabilità di generare pianeti abitabili".

Inizio a rispondere a grandi domande

Questo programma può anche aiutare i ricercatori a iniziare a rispondere ad alcune domande classiche:sono le forme assunte da alcuni degli elementi più abbondanti trovati nei dischi protoplanetari, come il carbonio, azoto, e ossigeno, "ereditato" dalle nuvole interstellari che li hanno formati? Oppure la precisa miscela di sostanze chimiche cambia nel tempo? "Pensiamo di poter ottenere alcune di queste risposte facendo inventari con Webb, "Spiega Pontoppidan. "Ovviamente c'è un'enorme quantità di lavoro da fare - e non può essere fatto solo con questi dati - ma penso che faremo grandi progressi".

Pensando in modo ancora più ampio agli spettri incredibilmente ricchi che Webb fornirà, Salyk ha aggiunto, "Spero che vedremo cose che ci sorprendono e poi inizieremo a studiare quelle scoperte fortuite".

Questa ricerca sarà condotta come parte dei programmi Webb General Observer (GO), che vengono selezionati in modo competitivo utilizzando un sistema di revisione doppio anonimo, lo stesso sistema utilizzato per allocare il tempo sul telescopio spaziale Hubble.