K štúdiu disku okolo mladej málo hmotnej hviezdy použil medzinárodný tím astronómov Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba (JWST). Výsledky odhaľujú najbohatšie zastúpenie rôznych uhľovodíkov, aké boli doteraz v protoplanetárnom disku pozorované (vrátane prvej extrasolárnej detekcie etánu). Významne tak prispievajú k rozmanitosti doteraz skúmaných planetárnych systémov.

Planéty sa rodia v diskoch plynu a prachu krúžiacich okolo mladých hviezd. Pozorovania naznačujú, že v diskoch okolo hviezd s veľmi nízkou hmotnosťou vznikajú terestriálne planéty efektívnejšie ako plynné obry. Hviezdy s veľmi nízkou hmotnosťou majú najvyšší podiel výskytu kamenných planét, no ich chemické zloženie zostáva do značnej miery neznáme. Napríklad systém Trappist-1 (ktorý Webb tiež študoval) pozostáva zo siedmich kamenných planét vzdialených menej ako 0,1 AU od materskej hviezdy a ich zloženie sa všeobecne považuje za podobné Zemi. Nové údaje z JWST však naznačujú, že disky okolo hviezd s veľmi nízkou hmotnosťou sa oproti diskom okolo hmotnejších hviezd môžu vyvíjať odlišne.

Prehliadka Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) prístrojom MIRI na JWST má za cieľ prepojiť poznatky o chemickom zložení diskov a vlastnostiach exoplanét. V novej štúdii tím skúmal okolie hviezdy s veľmi nízkou hmotnosťou dosahujúcou len 0,11 násobok hmotnosti Slnka (známej ako ISO-ChaI 147). Tieto pozorovania umožňujú nahliadnuť do prostredia ako aj na základné ingrediencie, z ktorých takéto planéty vznikajú. Tím zistil, že plyn je v tejto oblasti bohatý na uhlík. To by mohlo byť spôsobené tým, že uhlík je z pevného materiálu, z ktorého sa môžu kamenné planéty formovať, odstránený. Mohlo by to vysvetliť aj fakt, prečo je Zem na uhlík relatívne chudobná.

„JWST má lepšiu citlivosť a spektrálne rozlíšenie ako predchádzajúce infračervené vesmírne ďalekohľady,“ vysvetlil hlavný autor projektu Aditya Arabhavi z Univerzity v Groningene v Holandsku. „Tieto pozorovania nie je možné robiť zo zemského povrchu, pretože infračervené žiarenie je atmosférou pohlcované. Predtým sme z tohto objektu mohli identifikovať iba emisiu acetylénu (C2H2). Vyššia citlivosť a spektrálne rozlíšenie JWST umožňuje pozorovanie slabých emisií menej vyskytujúcich sa molekúl. Ukázalo sa, že tieto uhľovodíkové molekuly sú nielen rozmanité, ale aj hojne zastúpené.“

Spektrum odhalené prístrojom MIRI ukazuje najbohatšiu uhľovodíkovú chémiu, ktorá bola doteraz v protoplanetárnom disku pozorovaná. Obsahuje 13 rôznych molekúl až po benzén. Táto zbierka zahŕňa prvú extrasolárnu detekciu etánu (C2H6), najväčšieho nasýteného uhľovodíka detegovaného mimo slnečnej sústavy. Keďže sa očakáva, že plne nasýtené uhľovodíky sa budú tvoriť z jednoduchších molekúl, ich detekcia umožňuje výskumníkom nahliadnuť do prostredia tohto prírodného chemického laboratória. Prvýkrát boli v úspešne protoplanetárnom disku detegované aj etylén (C2H4), propín (C3H4) a metylový radikál CH3.

„V slnečnej sústave sme tieto molekuly pozorovali napríklad v kométach 67P/Churyumov–Gerasimenko a C/2014 Q2 (Lovejoy),“ dodáva Aditya. „Je úžasné, že teraz ich môžeme vidieť v planetárnych kolískach. Pre tvorbu planét je to odlišné prostredie o akých sme doteraz uvažovali.“

Tím poukazuje na veľké dôsledky týchto zistení pre astrochémiu a planéty, ktoré sa rodia v disku vo vzdialenosti do 0,1 AU od ich materských hviezd. "Je úplne odlišné od zloženia, ktoré vidíme v diskoch okolo hviezd slnečného typu, kde dominujú molekuly obsahujúce kyslík (ako oxid uhličitý a voda)," dodala členka tímu Inga Kamp, tiež z Univerzity v Groningene. "Tento objav potvrdzuje, že ISO-ChaI 147 patrí do jedinečnej triedy objektov."

„Je neuveriteľné, že dokážeme detekovať a kvantifikovať množstvo molekúl známych aj zo Zeme, ako napríklad benzén, v objekte, ktorý je vzdialený viac ako 600 svetelných rokov,“ dodala členka tímu Agnés Perrin z Centre National de la Recherche Scientifique vo Francúzsku.

Vedecký tím plánuje rozšíriť pozorovania na väčšiu vzorku podobných diskov okolo hviezd s veľmi nízkou hmotnosťou, aby zmapovali výskyt oblastí schopných vytvárať planéty zemského typu bohaté na uhlík. "Rozšírenie našej štúdie nám tiež umožní lepšie pochopiť proces vzniku týchto molekúl," vysvetlil člen tímu a PI programu MINDS Thomas Henning z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu v Nemecku. "Niekoľko útvarov v spektroskopických údajoch JWST zostáva neidentifikovaných, takže na úplnú interpretáciu našich pozorovaní je potrebných viac pozorovaní."

Táto práca zdôrazňuje kľúčovú potrebu vedcov spolupracovať naprieč disciplínami. Jej výsledky a sprievodné údaje môžu prispieť k iným oblastiam vrátane teoretickej fyziky, chémie a astrochémie, k interpretácii spektier a skúmaniu nových spektrálnych útvarov v tomto rozsahu vlnových dĺžok.