Νέες εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αποκάλυψαν εκπληκτικά ζεύγη πλανητοειδών αντικειμένων στο νεφέλωμα του Ωρίωνα που δεν είχαν εντοπιστεί ποτέ πριν.
Το νεφέλωμα του Ωρίωνα (Orion Nebula), ένα λαμπερό νέφος σκόνης και αερίων, είναι ένα από τα φωτεινότερα νεφελώματα στον νυχτερινό ουρανό και αναγνωρίζεται ως το σπαθί στον αστερισμό του Ωρίωνα. Το νεφέλωμα βρίσκεται σε απόσταση 1.300 ετών φωτός από τη Γη και εδώ και καιρό προσφέρει στους αστρονόμους μια πληθώρα ουράνιων αντικειμένων προς μελέτη, όπως «δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες» γύρω από νεαρά αστέρια και καφέ νάνους, ή αντικείμενα που έχουν μάζα όσο ένας πλανήτης ή όσο ένα άστρο.
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας του Webb, που ονομάζεται NIRCam, για να καταγράψουν ψηφιδωτά του νεφελώματος του Ωρίωνα σε μικρά και μεγάλα μήκη κύματος του φωτός, αποκαλύπτοντας πρωτοφανείς λεπτομέρειες και απροσδόκητες ανακαλύψεις.
Όταν οι αστρονόμοι Samuel G. Pearson και Mark J. McCaughrean μελέτησαν την εικόνα του νεφελώματος, που είχε καταγραφεί σε σε μικρά μήκη κύματος του φωτός, έκαναν ζουμ στο σμήνος Trapezium, μια νεαρή περιοχή σχηματισμού άστρων ηλικίας περίπου 1 εκατομμυρίου ετών, γεμάτη με χιλιάδες νέα αστέρια. Εκτός από τα αστέρια, οι επιστήμονες εντόπισαν καφέ νάνους, οι οποίοι είναι πολύ μικροί για να ξεκινήσει πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα τους ώστε να γίνουν αστέρια. Οι καφέ νάνοι έχουν μάζα που είναι κάτω από το 7% της μάζας του ήλιου.
Στο «κυνήγι» για άλλα απομονωμένα αντικείμενα χαμηλής μάζας, οι αστρονόμοι βρήκαν κάτι που δεν είχαν ξαναδεί: ζεύγη πλανητοειδών αντικειμένων με μάζες μεταξύ 0,6 και 13 φορές τη μάζα του Δία που φαίνεται να αψηφούν ορισμένες θεμελιώδεις αστρονομικές θεωρίες.
Οι επιστήμονες τα ονόμασαν Jupiter Mass Binary Objects, ή JuMBOs.
«Αν και ορισμένα από αυτά έχουν μεγαλύτερη μάζα από τον πλανήτη Δία, έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος -ελάχιστα μεγαλύτερο», δήλωσε ο ερευνητής του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας στην Ολλανδία, Samuel G. Pearson
Οι αστρονόμοι βρήκαν 40 ζεύγη JuMBOs και δύο τριπλά συστήματα, όλα σε ευρείες τροχιές το ένα γύρω από το άλλο. Αν και υπάρχουν σε ζεύγη, τα αντικείμενα απέχουν συνήθως μεταξύ τους περίπου 200 αστρονομικές μονάδες, ή 200 φορές την απόσταση μεταξύ Γης και ήλιου. Τα αντικείμενα χρειάζονται από 20.000 έως 80.000 χρόνια για να ολοκληρώσουν μια τροχιά το ένα γύρω από το άλλο.
«Οι θερμοκρασίες των αντικειμένων κυμαίνονται από 537 βαθμούς Κελσίου (1.000 βαθμούς Φαρενάιτ) έως 1.260 βαθμούς Κελσίου (2.300 βαθμούς Φαρενάιτ)» δήλωσε ο Pearson. Τα αέρια αντικείμενα είναι νεαρά -σε αστρονομικά χρόνια-, είναι ηλικίας περίπου 1 εκατομμυρίου ετών. Το ηλιακό μας σύστημα, συγκριτικά, έχει ηλικία 4,57 δισεκατομμυρίων ετών.
«Είμαστε στα μισά της ζωής του ήλιου, οπότε αυτά τα αντικείμενα στο νεφέλωμα του Ωρίωνα είναι μωρά 3 ημερών», δήλωσε ο ανώτερος σύμβουλος για την επιστήμη και την εξερεύνηση στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, Mark J. McCaughrean. «Είναι ακόμα αρκετά φωτεινά και ζεστά, επειδή η ενέργεια που έχουν από όταν δημιουργούνται τους επιτρέπει ακόμα να λάμπουν, και για αυτόν τον λόγο μπορούμε να τα δούμε».
Οι δύο αστρονόμοι McCaughrean και Pearson έχουν γράψει δύο ερευνητικές εργασίες με βάση τις ανακαλύψεις τους στο νεφέλωμα του Ωρίωνα χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Webb. Οι μελέτες έχουν υποβληθεί για δημοσίευση σε ακαδημαϊκά περιοδικά και τα προκαταρκτικά ευρήματα είναι διαθέσιμα στον ιστότοπο arXiv.
Ωστόσο πολλά ερωτήματα σχετικά με τα JuMBOs παραμένουν – συμπεριλαμβανομένου του πώς προέκυψαν εξ αρχής.
JuMBOs: Ανατροπή στους κανόνες της αστρονομίας
«Τα αστέρια σχηματίζονται από γιγαντιαία νέφη αερίου και σκόνης που καταρρέουν κάτω από τις βαρυτικές δυνάμεις. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται καθώς δίσκοι αερίου και σκόνης στροβιλίζονται γύρω από τα αστέρια, δημιουργώντας πλανήτες. Αλλά καμία υπάρχουσα θεωρία δεν εξηγεί πώς σχηματίστηκαν τα JuMBOs ή γιατί υπάρχουν στο νεφέλωμα του Ωρίωνα», δήλωσε ο McCaughrean.
Για παράδειγμα, κάποιοι μπορεί να θεωρήσουν ότι τα JuMBOs είναι σαν ορφανοί πλανήτες (rogue planets), ή αντικείμενα πλανητικής μάζας που ταξιδεύουν ελεύθερα στο διάστημα χωρίς να βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αστέρια. Όμως πολλοί ορφανοί πλανήτες ξεκινούν από την τροχιά τους γύρω από άστρα προτού εκτοξευτούν, και θα ήταν δύσκολο να εξηγήσουμε πώς ζεύγη από αυτούς εκτοξεύτηκαν ταυτόχρονα, αλλά και το πώς παρέμεινα συνδεδεμένοι μεταξύ τους βαρυτικά.
«Οι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε θεωρίες και μοντέλα σχηματισμού άστρων και πλανητών εδώ και δεκαετίες, αλλά κανένας από αυτούς δεν είχε προβλέψει ποτέ ότι θα βρίσκαμε ζεύγη αντικειμένων εξαιρετικά χαμηλής μάζας να αιωρούνται μόνα τους στο διάστημα – και βλέπουμε πολλά από αυτά», δήλωσε ο Pearson και συνέχισε: «Το κυριότερο που μαθαίνουμε από αυτό το γεγονός είναι ότι υπάρχει κάτι θεμελιωδώς λάθος είτε με την κατανόησή μας για τον σχηματισμό των πλανητών, είτε για τον σχηματισμό των άστρων, είτε και για τα δύο».
«Το νεφέλωμα του Ωρίωνα αποτελεί αγαπημένο στόχο παρατήρησης των αστρονόμων και όσο μεγαλύτερα και πιο εξελιγμένα γίνονται τα τηλεσκόπια, τόσο περισσότερα αντικείμενα αποκαλύπτονται μέσα στο νεφέλωμα» ανέφερε ο McCaughrean.
«Ενώ τα αντικείμενα που εξετάζουμε είναι πραγματικά θαμπά, είναι πιο φωτεινά στο υπέρυθρο φως, οπότε εκεί (είναι) που υπάρχουν οι καλύτερες πιθανότητες να εντοπίστούς» πρόσθεσε ο Pearson. «Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το πιο ισχυρό υπέρυθρο τηλεσκόπιο που έχει κατασκευαστεί ποτέ και αυτές οι παρατηρήσεις απλά δεν θα ήταν δυνατές με κανένα άλλο τηλεσκόπιο».
Observations of the nebula scheduled for early 2024 could provide more insight into the atmospheric compositions of the JuMBOs, Pearson said. The researchers also want to uncover more details about the objects, including making precise measurements of their masses.
Meanwhile, other research focused on different star-forming regions could reveal whether JuMBOs are elsewhere beyond the Orion Nebula.
“The main question is, ‘What?! Where did that come from?’” Pearson said. “It’s just so unexpected that a lot of future observations and modelling are going to be needed to explain it.”
«Οι παρατηρήσεις του νεφελώματος του Ωρίωνα που έχουν προγραμματιστεί για τις αρχές του 2024 θα μπορούσαν να δώσουν περισσότερες πληροφορίες για την ατμοσφαιρική σύνθεση των JuMBOs», δήλωσε ο Pearson. Οι ερευνητές θέλουν επίσης να αποκαλύψουν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένης της πραγματοποίησης ακριβών μετρήσεων της μάζας τους.
Εν τω μεταξύ, άλλες έρευνες που επικεντρώνονται σε διαφορετικές αστροπαραγωγικές περιοχές θα μπορούσαν να αποκαλύψουν αν τα JuMBOs υπάρχουν και αλλού πέρα από το νεφέλωμα του Ωρίωνα.
«Το κύριο ερώτημα είναι: “Τι; Από πού προήλθε αυτό;”. Είναι τόσο απροσδόκητο που θα χρειαστούν πολλές μελλοντικές παρατηρήσεις για να το εξηγήσουμε» κατέληξε ο Pearson.
