Webb de la NASA proporciona el curso de Crash en los Collisions Planet-Shattering

Los tipos de colisiones dentro de sistemas estelares jóvenes conocidos como discos de escombros extremos son relevantes para la comprensión de los científicos de nuestro propio sistema solar, que se cree que han sufrido eventos de impacto similares que crearon nuestra Luna y moldearon el estado inicial de la Tierra.

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Artwork: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

En la historia temprana de nuestro sistema solar, los científicos teorizan que un objeto de tamaño Marte llamado Theia se destrozó en la Tierra infantil, vaporizando cantidades masivas de roca y volándola al espacio. Algunos de esos materiales se fusionaron en la Luna, donde el programa Artemis de la NASA está volviendo humanos, preparándose para Marte, y conformando el futuro de la exploración espacial.

Esa colisión violenta de hace mucho tiempo reajustó nuestro planeta natal. Los astrónomos han utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA para examinar una clase de sistemas estelares jóvenes que muestran signos de trastornos similares, proporcionando pistas sobre la cantidad de energía en sus colisiones. Los resultados ofrecen información sobre la composición y evolución de estos sistemas caóticos.

Los resultados del equipo publicados el jueves The Astrophysical Journal.

Imagen: Extreme Debris Disk ( Concepto del artista)

Obras de Arte: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

El entorno que rodea a una estrella cambia a medida que envejece, comenzando por un juvenil, disco protoplanetario rico en gas Donde formando planetas puede residir, antes de evolucionar a disco de residuos de gas-poor. Durante su vida de misión, la NASA se retiró Telescopio espacial Spitzer examinó la etapa de disco de escombros y descubrió una subclase llamada discos de escombros extremos. Estos sistemas albergan cantidades inusualmente grandes de polvo caliente cerca de la estrella, en la región comparable a donde los planetas rocosos orbitan en nuestro sistema solar. Un equipo de astrónomos liderado por Kate Su del Instituto de Ciencias Espaciales en Boulder, Colorado investigó estos objetos intrigantes con Webb.

Contrariamente a las predicciones teóricas, que sugieren que debemos observar muchos discos de escombros extremos, las observaciones indican que estos entornos son raros. Los científicos estiman aproximadamente sólo el 1% de las estrellas jóvenes muestran firmas observables de esta fase basadas en los datos recogidos hasta ahora, incluyendo posiblemente nuestro propio sistema solar durante su formación. A pesar de su rareza, el equipo pudo compilar una muestra de 21 discos de escombros extremos, incluyendo cinco de los datos de archivo de Spitzer y 16 de Webb, con 12 discos recién observados y observaciones de seguimiento en cuatro de Spitzer.

“Esta es la primera vez que hemos reunido suficientes sistemas para comprender verdaderamente esta subcla que llamamos discos de escombros extremos”, dijo Su, autor principal del periódico. “Antes de Webb, teníamos información limitada. Sabíamos que son raros y muy diferentes de los típicos discos de escombros fríos que conocemos, como Vega y Fomalhaut. Ahora que tenemos más datos, podemos marcar lo que estos discos representan para la formación y evolución del planeta. ”

El equipo confirmó que los discos de escombros extremos comparten tres propiedades clave: los granos de polvo más pequeños que los de los discos de escombros protoplanetarios o clásicos, una alta concentración de polvo caliente, y variaciones irregulares de brillo, todo revelado por medio de infrarrojos espectro de Webb y Spitzer.

Para determinar el factor de conducción de estas cualidades, el equipo estudió el maquillaje mineralógico de los discos. Encontraron que su muestra podría clasificarse en discos ricos en sílice y de poo de sílice. El vidrio volcánico como la obsidiana es un ejemplo de material rico en sílice que se encuentra en la Tierra, mientras que la forsterita mineral de sílice-poor aparece como granos de arena verde en algunas playas de Hawai. La categoría de disco de escombros extremos transmite información sobre el tipo de colisiones que producen los escombros de impacto y pueden ayudar a explicar su variabilidad en el brillo infrarrojo.

“Para ver su emisión de infrarrojos medio y hermosas características espectrales con Webb, que nos permitió identificar sus composiciones, fue lo más emocionante para mí”, dijo Agnes Kospal del Observatorio de Konkoly en Budapest, Hungría, y coautor del estudio. “No tenemos otra manera de estudiar estos embriones planetarios directamente porque son demasiado pequeños. ”

De su muestra, alrededor de un tercio es rico en sílices, sugiriendo que estos discos son producidos por impactos de alta energía entre cuerpos de tamaño Marte donde se vaporiza una parte significativa del material. Los dos tercios restantes de su muestra son silica-poor, indicando que las colisiones están ocurriendo en escalas más pequeñas, como el pastoreo, entre objetos de tamaño lunar. Los discos ricos en sílice se encuentran sólo alrededor de estrellas menores de 300 millones de años, mientras que los discos de sílice-poor persisten a través de una amplia gama de edades y a menudo muestran mayor variabilidad de brillo. El equipo propone que esta variabilidad sea impulsada por la rápida evolución de los escombros frescos mediante cambios orbitales y efectos adicionales.

Sus hallazgos se pueden aplicar a nuestro propio sistema solar, que puede haber experimentado más de una fase de disco de escombros extremos.

“Cómo evolucionaron los planetas rocosos y los planetas gigantes forman parte de la historia más amplia de la formación del sistema solar. Todo es una historia”, dijo Su. “Nuestro trabajo en discos de escombros extremos nos ayuda a reunir la gran imagen de lo que entendemos actualmente. ”

Imagen: Composición de discos de desechos extremos a través del tiempo

Graphic titled Extreme Debris Disks, Composition Across Time showing a plot and corresponding timeline of the solar system. The plot’s y-axis is labeled Silica with an up arrow labeled rich and a down arrow labeled poor. X-axis is labeled Age (millions of years) and starts with 1 at the left and increases by factors of ten, ending with 1000 at right. A key at right has 3 symbols: black dot is Silica-rich disk, purple is Silica-poor disk, and orange is Protoplanetary disk. All 27 orange dots are within the first 10 million years and range in silica composition. The 8 black and 13 purple dots begin to appear around 10 million. The black dots stop around 100 million. The purple dots continue right. The timeline below has the same labels as the plot’s x-axis. A gray band before 100 marks the Moon-forming impact. A gray band before 1000 marks the Late heavy bombardment. 3 blue bands stretch from left to right: Giant planet formation, Terrestrial planet formation, and Giant planet migration/orbital instability.

Al investigar las composiciones de discos de escombros extremos, los científicos inferían que los discos ricos en sílice son producidos por impactos de alta energía de objetos de tamaño Marte, mientras que los discos de sílice-poor son creados por eventos menos energéticos de cuerpos tamaño Lunar.

Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Las simulaciones sugieren que los planetas terrestres, como la Tierra, deben formar dentro de los primeros cientos de millones de años de formación de un sistema solar. Este período encaja con las edades de discos de escombros extremos ricos en sílice observados hasta ahora y se alinea con la estimación de que la Tierra y la Luna formaron alrededor de 100 millones de años después de la formación del Sol, con la Luna probablemente el resultado de una colisión entre la Tierra y un objeto tamaño Marte.

En cuanto a si nuestro Sol sufrió una fase de disco extremo de sílice-pobre, si los discos de silica-poor antiguos y sus intervalos aleatorios de brillo infrarrojo reflejan la inestabilidad orbital, esto sería ampliamente consistente con el Hipótesis de bombardeo pesado tardía para nuestro sistema solar. En ese escenario, los planetas gigantes de gas migraron distancias significativas, alterando gravitacionalmente las órbitas de cuerpos más pequeños y desencadenando colisiones catastróficas que generaron las fases de corta vida, ricas en polvo observadas en discos de desechos extremos.

“Por supuesto, todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre estos discos”, dijo Attila Moor del Observatorio Konkoly, coautora del estudio. “Esperamos que no existan sistemas ricos en sílice entre discos de desechos extremos antiguos. Sólo tenemos tres discos en nuestra muestra que se ajustan a los criterios de edad, por lo que será agradable observar más de estos sistemas para confirmar nuestra hipótesis. ”

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio mundial de ciencias espaciales. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas, y probando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

Para obtener más información sobre Webb, visite:

https://science.NASA.gov/webb

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