Svemirski teleskop James Webb, plod suradnje NASA-e, Europske svemirske agencije (ESA) i Kanadske svemirske agencije (CSA), ponovno je usmjerio svoj moćni pogled prema dubinama kozmosa i podario nam prizor koji oduzima dah. Najnovija fotografija mjeseca prikazuje IRAS 04302+2247, izvanredan protoplanetarni disk smješten u zvjezdanom rodilištu, regiji Bika, na udaljenosti od otprilike 525 svjetlosnih godina od Zemlje. Ovaj nebeski objekt, obavijen tamnim oblakom molekularnog plina i prašine, predstavlja ključan prozor u razumijevanje procesa formiranja planeta, uključujući i onaj koji je prije otprilike 4,5 milijardi godina doveo do nastanka našeg vlastitog Sunčevog sustava.

Pogled u Kozmičku Kolijevku

Diljem naše galaksije, u golemim i hladnim oblacima plina, rađaju se nove zvijezde. Ti zvjezdani embriji, poznati kao protozvijezde, u svojim ranim fazama razvoja okruženi su gustim diskovima materijala. Upravo ti diskovi, sazdani od plina i sićušnih zrnaca prašine, predstavljaju gradivne blokove za buduće planete. Promatranjem objekata poput IRAS 04302+2247, astronomi mogu rekonstruirati uvjete koji su vladali u zoru našeg Sunčevog sustava, kada su se formirali Zemlja i ostali planeti.

IRAS 04302+2247, skraćeno IRAS 04302, savršen je primjer protozvijezde koja još uvijek aktivno prikuplja masu iz svoje okoline. Webbova iznimna osjetljivost omogućila je mjerenje ovog diska čiji se promjer proteže na nevjerojatnih 65 milijardi kilometara, što je višestruko veće od promjera našeg Sunčevog sustava. Ono što ovu sliku čini posebno značajnom jest jedinstvena perspektiva. Iz našeg kuta gledanja, disk je orijentiran bočno, odnosno "na rub", pa ga vidimo kao tanku, tamnu liniju koja presijeca sliku. Ova tamna crta prašine i plina zaklanja izravno svjetlo središnje protozvijezde, omogućujući tako teleskopu da zabilježi suptilnije strukture u njenoj okolini.

Disk na Dlanu: Jedinstvena Perspektiva

Kada se protoplanetarni diskovi promatraju "odozgo", odnosno s lica, često otkrivaju složene strukture poput prstenova, praznina i spiralnih krakova. Te formacije mogu biti prvi dokazi postojanja mladih planeta koji svojim gravitacijskim utjecajem čiste putanju unutar diska, skupljajući materijal na svom putu. Alternativno, takve strukture mogu nastati i uslijed drugih fenomena, kao što su gravitacijske nestabilnosti unutar samog diska ili područja gdje se zrnca prašine nakupljaju zbog razlika u tlaku plina.

Međutim, bočni pogled na IRAS 04302 nudi potpuno drugačiji, ali jednako važan uvid. On otkriva vertikalnu strukturu diska, odnosno njegovu debljinu. U teorijskim modelima formiranja planeta, ključan korak je migracija zrnaca prašine prema središnjoj ravnini diska. Tamo se talože, stvarajući tanak i vrlo gust sloj materijala. U tom gustom sloju, uvjeti su idealni za daljnje zgrudnjavanje i rast, što na koncu vodi do formiranja planetarnih jezgri. Debljina diska, koju Webb može precizno izmjeriti, pokazatelj je učinkovitosti ovog procesa taloženja i ključan je parametar za testiranje teorija o planetarnom rađanju.

Zvjezdani Leptir i Igra Svjetla i Sjene

Gusta pruga prašnjavog plina koja se proteže vertikalno preko slike djeluje kao prirodni koronograf, blokirajući zasljepljujuće svjetlo protozvijezde IRAS 04302. Zahvaljujući ovom zaklonu, Webb može snimiti delikatne i blijede strukture koje je okružuju. Kao rezultat, s obje strane tamnog diska vidljive su dvije eterične, prozračne maglice. Riječ je o refleksijskim maglicama – oblacima plina i prašine koji ne emitiraju vlastitu svjetlost, već reflektiraju svjetlost skrivene središnje zvijezde. Zbog simetričnog izgleda ove dvije maglice, koje podsjećaju na krila, IRAS 04302 dobio je prikladan nadimak "Zvijezda Leptir" (Butterfly Star).

Ove maglice pružaju dodatne informacije o okolišu mlade zvijezde. Analizom spektra reflektirane svjetlosti, znanstvenici mogu doznati više o sastavu i veličini zrnaca prašine u oblacima koji okružuju disk. Boja refleksijske maglice često naginje plavom dijelu spektra, jer manja zrnca prašine učinkovitije raspršuju plavu svjetlost kraće valne duljine, slično kao što čestice u Zemljinoj atmosferi čine nebo plavim.

Moć Infracrvenog Svemira: Webb i Hubble u Suradnji

Ova fascinantna slika nije rezultat rada samo jednog teleskopa. Ona je multi-valni portret, stvoren kombinacijom podataka prikupljenih Webbovom kamerom za blisko infracrveno područje (NIRCam), njegovim instrumentom za srednje infracrveno područje (MIRI), te optičkih podataka s legendarnog svemirskog teleskopa Hubble. Svaki od ovih instrumenata pruža jedinstveni dio slagalice.

Webbova sposobnost promatranja u infracrvenom spektru ključna je za proučavanje ovakvih objekata. Infracrveno zračenje može prodrijeti kroz guste oblake prašine koji su neprozirni za vidljivu svjetlost, omogućujući astronomima da vide što se događa unutar samog diska i u njegovoj neposrednoj blizini. NIRCam otkriva distribuciju sićušnih zrnaca prašine i reflektiranu svjetlost koja se proteže daleko od diska, dok MIRI detektira toplinsko zračenje koje emitiraju sama zrnca, dajući informacije o njihovoj temperaturi i sastavu. S druge strane, Hubble, koji promatra prvenstveno u vidljivom i ultraljubičastom svjetlu, fokusira se na detalje u samoj traci prašine te na grudice i pramenove u okolnoj maglici, koji sugeriraju da zvijezda još uvijek aktivno prikuplja materijal iz svog okruženja te izbacuje snažne mlazove i odljeve materijala, što je tipično za najranije faze zvjezdanog života.

Od Zrnca Prašine do Planeta: Ključni Procesi Formacije

Promatranja IRAS 04302 provedena su u sklopu znanstvenog programa (Webb GO #2562), koji vodi tim međunarodnih istraživača. Cilj ovog programa je istražiti četiri protoplanetarna diska koji su, poput IRAS 04302, orijentirani bočno prema nama. Usporedbom ovih sustava, znanstvenici se nadaju razumjeti kako se prašina razvija unutar diskova, što je temeljni korak prema formiranju planeta. Rast zrnaca prašine smatra se kritičnom fazom. U početku su ta zrnca mikroskopska, manja od čestica dima. Međutim, kroz procese sudaranja i sljepljivanja (koagulacije), ona postupno rastu, formirajući veće agregate veličine kamenčića i stijena. Ti veći objekti, poznati kao planetezimali, nastavljaju se međusobno sudarati i spajati, sve dok ne dosegnu veličinu dovoljnu da njihova gravitacija počne dominirati, privlačeći okolni plin i prašinu i formirajući punopravne planete. Proučavanje vertikalne strukture diskova poput ovog pomaže u razumijevanju fizike koja upravlja tim složenim i ključnim procesom, dajući nam izravan uvid u uvjete koji su jednom davno stvorili i naš vlastiti planetarni dom.