Az asztrofizikusok régóta gyanították, hogy a bolygókeletkezési folyamat csíráit a bolygókeletkezési korongban összeálló, jégkéreggel bevont kődarabok jelentik. Ezek a szilárd, jeges magok a számítások szerint a korongbeli súrlódás miatt a hideg külső régiókból befelé, a központi csillag irányába sodródnak. Amikor a jeges szemcsék elérik a csillaghoz közelebbi belső, melegebb régiókat, jelentős mennyiségű hideg vízpára szublimál el a felszínükről, így vizet és szilárd anyagokat szolgáltatnak a születőben lévő bolygók számára.

Mindez már eddig is egy jól megalapozott elmélet volt, ám a James Webb-űrtávcsővel most működés közben is megfigyelhették a szakemberek ezt a folyamatot, ami áttörést jelent a bolygókeletkezés tanulmányozásában. A vizsgálat megerősítette a belső korong vízpárája és a külső korong befelé sodródó jeges kavicsai közötti közvetlen kapcsolatát.

A vizet befelé szállító jeges törmelékdarabok a bolygókeletkezési korongnak abban a külső régiójában keletkeznek, ahonnan a Naprendszer üstökösei is származnak. Ezek a bolygócsírák a későbbi bolygótestek alapvető építőkövei. A bolygókeletkezést leíró tudományos elmélet legfontosabb eleme az a megállapítás, hogy a jeget hordozó testek a melegebb belső régiók felé vándorolnak, miközben átlépik a „hóhatárt”, amin belül a jég vízpárává alakul. Így juthat jelentős mennyiségű víz a korong melegebb belső régióiba, és pontosan ezt figyelték meg a csillagászok a James Webb-űrtávcsővel.

Méretarányos fantáziarajz a James Webb-űrtávcsővel megfigyelt egy sűrű, tömör és egy ritkább, kiterjedtebb bolygókeletkezési korongról. A kiterjedtebb korongban kialakult sávokat a befelé sodródó jeges kavicsok áramlása elé akadályt gördítő ritka anyagú rések választják el egymástól. Forrás: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).

A friss megfigyelések rámutatnak, hogy a korong különböző zónái sokkal szorosabb kölcsönhatásban állnak egymással, mint azelőtt gondolták. Az egész bolygókeletkezési folyamat sokkal dinamikusabb, mint a kutatók korábban képzelték.

A kutatási program keretében a szakemberek a James Webb-űrtávcső közép-infravörös műszerével, a MIRI-vel (Mid-Infrared Instrument) vizsgáltak meg négy, Nap típusú fiatal csillag körüli bolygókeletkezési korongot. A csillagok mindegyike csupán 2–3 millió éves, ami ilyen típusú csillagoknál újszülött kornak számít, hiszen például a Nap nyugodt, fősorozati élettartama mintegy 10 milliárd év lesz, amiből 5 milliárd még csillagunk előtt áll.

A kutatók azt várták, hogy a sűrűbb korongokban hatékonyabban sodródnak befelé a jeget szállító törmelékdarabok, míg a ritkább, kiterjedtebb korongokban a kevésbé jelentős vándorlás miatt több gyűrű mentén rendeződik el az anyag. Ezek a gyűrűk a központi csillagtól mérve akár a Neptunusz pályasugarának hatszorosáig is kiterjedhetnek. A kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy a tömörebb korongok belső régiói gazdagabbak-e vízben, mint a ritkább anyagúak. A megfigyelések pedig valóban megerősítették a várakozásokat, igazolva, hogy a sűrűbb anyagú korongokban hatékonyabban vándorolnak befelé a jeget hordozó kavicsok.

A sűrű és kompakt, ileltve a ritkább, kiterjedtebb, résekkel szabdalt bolygókeletkezési korongokban végbemenő víztranszport-folyamatok közötti különbséget szemléltető infografika. Az áramlást akadályozó rések miatt a kiterjedt korong külső régióiban megrekednek és felhalmozódnak a jeges törmelékdarabok, így sokkal kevesebb víz jut el a csillag közvetlen környezetébe, a jéghatáron belül keletkező bolygókra. Forrás: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).

Ugyanakkor a kiterjedtebb korongok sűrűbb sávjait elválasztó ritkább, alacsonyabb nyomású rések megállítják, vagy legalábbis erősen lassítják ezt a befelé irányuló áramlást. Így a sávokban felhalmozódnak a jeges kődarabok, a víz pedig nem jut el a belső régiókba. Ilyen réseket okozhatnak egy bolygókeletkezési korongban a kialakulóban lévő óriásbolygók. Ez megmagyarázhatja azt is, hogy a Naprendszerben miért jutott viszonylag kevés víz a Jupiter pályáján belül keringő kőzetbolygókra.

Forrás: WebbTelescope.org