Webb prvi put pokazao kako se kristalni silikati nastaju uz protostar EC 53 i završavaju u dalekim kometima

Webb otkrio kako “vrući” kristali završavaju u “ledenim” kometima: protostar EC 53 daje prvi čvrst dokaz

NASA-in svemirski teleskop James Webb (JWST) donio je prvi nedvosmislen dokaz koji povezuje dva naizgled nespojiva svijeta: kristalne silikate koji nastaju pri visokim temperaturama i komete koji se formiraju i žive u hladnim rubnim područjima planetarnih sustava. U objavi NASA Science od 21. siječnja 2026. istaknuto je da je Webb, promatrajući vrlo mladu, Suncu sličnu zvijezdu u nastajanju, jasno pokazao gdje se kristali doista stvaraju te da je u istom sustavu uočio snažan mehanizam koji ih može prenijeti prema vanjskim, ledenim zonama. Time je prvi put promatrački povezan izvor kristala i “transportna traka” koja ih može dostaviti u područja gdje se s vremenom formiraju kometi. U pitanju je protostar EC 53, objekt koji se već desetljećima prati s tla i iz svemira, a sada je postao svojevrsni prirodni laboratorij za rješavanje problema koji se godinama vraćao u istraživanjima našeg Sunčeva sustava. Za znanstvenike je to važno jer kometi nose očuvane tragove najranijih faza nastanka planeta, pa svaki detalj o njihovoj mineralogiji mijenja i sliku o tome kako je izgledalo vrijeme kada su nastajali Sunce i planeti.

Opažanja i interpretacija objavljeni su u radu u časopisu Nature, a temelj su Webbovi podaci dobiveni instrumentom MIRI (Mid-Infrared Instrument), koji radi u srednjem infracrvenom području i posebno je pogodan za “mineralnu detekciju” u prašini. Prema NASA-inom opisu, MIRI je prikupio dva seta vrlo detaljnih spektara i omogućio istraživačima da prepoznaju koje se vrste silikata nalaze uz zvijezdu te da odrede gdje su smještene u disku prije i tijekom faze pojačane aktivnosti. Prema istoj objavi, voditeljica rada Jeong-Eun Lee sa Seoul National University u Južnoj Koreji naglašava da slojeviti izljevi mogu podizati novoformirane kristalne silikate i prenositi ih prema rubu diska, gotovo kao da su na “kozmičkoj autocesti”. Koautor Joel Green iz Space Telescope Science Institute ističe da Webb omogućuje ne samo identifikaciju čestica nego i mapiranje njihove raspodjele i kretanja kroz sustav, dok astronom Doug Johnstone iz National Research Council of Canada podsjeća da se radi o mineralima poznatima i na Zemlji, uključujući forsterit i enstatit, koji su među čestim sastojcima silikatnih stijena. U rukopisu koji NASA objavljuje kao prateću znanstvenu dokumentaciju navedeno je da su promatranja tempirana za mirniju fazu 5. listopada 2023. te za fazu izljeva 10. svibnja 2024., što omogućuje izravnu usporedbu “prije i tijekom”. U praksi to znači da Webb ne daje samo “fotografiju” sustava, nego bilježi i kako se mineralni tragovi mijenjaju kad se zvijezda iznenada pojača i počne intenzivnije akretirati materijal. Takva vremenska koordinacija bila je ključna za zaključak da kristali nisu samo nasumično prisutni u disku, nego se doista stvaraju u najtoplijoj zoni u trenutku izljeva, a zatim bivaju nošeni prema rubu.

Zašto su kristalni silikati u kometima uopće zagonetka

Kometi se često opisuju kao “prljave snježne grude” jer su građeni od mješavine leda, prašine i organskih spojeva, a u našem Sunčevu sustavu velik dio ih dolazi iz dvaju udaljenih rezervoara. NASA u činjenicama o Kuiperovu pojasu opisuje taj pojas kao veliku, “krafnastu” regiju ledenih tijela daleko iza orbite Neptuna, dok za Oortov oblak navodi da se radi o iznimno udaljenoj sfernoj zoni koja okružuje Sunčev sustav na udaljenostima približno od 5.000 do 100.000 astronomskih jedinica. U takvim hladnim područjima Sunčeva toplina je slaba, pa se očekuje da prašina ondje uglavnom ostaje u amorfnom, “neobrađenom” stanju. No, dugogodišnja infracrvena promatranja kometa pokazivala su prisutnost kristalnih silikata, minerala čiji nastanak tipično zahtijeva intenzivno zagrijavanje. To je stvorilo paradoks: kako visoko-temperaturni minerali završavaju u tijelima koja se formiraju i borave u vrlo hladnim dijelovima sustava. Znanstvenici su desetljećima razmatrali različita objašnjenja, od miješanja materijala unutar diska do udarnih događaja, ali je nedostajao jasan promatrački dokaz koji bi u jednom sustavu istodobno pokazao i mjesto nastanka kristala i fizički “put” kojim se oni premještaju prema van. Upravo je u toj točki Webbovo promatranje EC 53 donijelo preokret, jer spaja ta dva elementa u jedinstvenu, testabilnu sliku.

EC 53 i “pouzdani” ciklus izljeva: idealan cilj za Webb

Protostar EC 53 nalazi se u Serpens Nebuli, regiji koja je prema NASA-inim podacima udaljena oko 1.300 svjetlosnih godina i bogata mladim zvijezdama u nastajanju. Za promatrače je posebno vrijedan jer se ponaša neuobičajeno predvidljivo: NASA navodi da otprilike svakih 18 mjeseci ulazi u fazu snažnog izljeva koja traje oko 100 dana. U tom razdoblju zvijezda brže akretira materijal iz diska, što znači da u kratkom vremenu “povuče” veću količinu plina i prašine prema sebi, a dio energije i materijala oslobodi kroz mlazove i vjetrove. Takva pravilnost je rijetka među mladim zvijezdama jer su izljevi često kaotični ili mogu trajati desetljećima, pa ih je teško planirati i promatrati u realnom vremenu. Upravo zato je EC 53 poslužio kao “metronom”: tim je mogao predvidjeti kada će doći mirnija faza, a kada aktivnija, i tako Webb usmjeriti u pravom trenutku. To je posebno važno u istraživanju nastanka planeta, jer kratkotrajne epizode pojačane akrecije mogu imati nesrazmjerno velik utjecaj na temperaturu i kemiju unutarnjeg diska, a time i na sastav materijala koji kasnije završi u planetima i kometima.

Što je Webb stvarno vidio: “tvornica” kristala i tragovi u spektru

Prema NASA-inom priopćenju, Webb je prvi put jasno pokazao da se kristalni silikati stvaraju u najtoplijem, unutarnjem dijelu diska oko vrlo mladog protostara, u zoni koja se u analogiji s našim sustavom može usporediti s prostorom otprilike između Sunca i Zemlje. U tom dijelu diska temperature mogu porasti dovoljno da amorfna silikatna zrnca prijeđu u kristalnu strukturu, a to se u spektru očituje kao specifične infracrvene značajke koje MIRI može razlučiti. Autori rada, kako prenosi NASA, ističu da Webb nije samo “prepoznao” mineralne vrste, nego je mogao i prostorno mapirati gdje se one nalaze prije i tijekom izljeva, što je presudno za razumijevanje uzroka. U tom kontekstu posebno se ističu forsterit i enstatit, kristalni silikati koji su u geološkom smislu poznati i na Zemlji, a u astrofizičkom smislu važni su “građevni blokovi” prašine. Uz to, NASA naglašava da se radi o iznimno sitnim česticama, svakoj daleko manjoj od zrna pijeska, što objašnjava zašto se njihov “trag” najbolje čita upravo kroz infracrvenu spektroskopiju. Za razliku od potpuno formiranog, većim dijelom “prašinom očišćenog” Sunčeva sustava danas, ovdje gledamo sustav u fazi kada je disk još gust, dinamičan i bogat materijalom, pa se procesi nastanka i redistribucije minerala mogu pratiti izravnije.

• Kristalni silikati se, prema Webbovim podacima, formiraju u najtoplijem unutarnjem dijelu diska oko EC 53, u epizodama pojačane akrecije.
• U sustavu postoje strukturirani vjetrovi i mlazovi koji mogu podizati sitnu prašinu iz unutarnjih slojeva i nositi je prema vanjskim zonama diska.
• Promatranja su izvedena u dvije faze (mirnoj i aktivnoj), što omogućuje usporedbu kemije i mineralogije “prije i tijekom izljeva”.
• Identificirani su minerali forsterit i enstatit, a njihova prisutnost i raspodjela povezuju se s najtoplijim dijelom diska i promjenama u fazama aktivnosti.

“Kozmička autocesta” prema rubu diska: kako vjetrovi rješavaju paradoks kometa

Sama kristalizacija u unutarnjem disku nije dovoljna da objasni kometni materijal; presudno je pitanje kako kristali dospiju u hladne dijelove gdje se kometi mogu formirati. NASA navodi da MIRI podaci pokazuju dva komplementarna oblika izbacivanja: uske, brze mlazove vrućeg plina uz polove protostara te šire, sporije izljeve koji potječu iz najunutarnijeg i najtoplijeg područja diska. Ta kombinacija sugerira mehanizam u kojem se čestice ne kreću samo “radijalno” unutar ravnine diska, nego mogu biti podignute iznad diska i potom preusmjerene prema vanjskim regijama. U priopćenju se navodi metafora “kozmičke autoceste”: slojeviti izljevi mogu podignuti novoformirane kristale i prenijeti ih na velike udaljenosti, do dijelova diska koji su dovoljno hladni da ondje nastaju kometi i druga ledena tijela. Važno je pritom da se radi o iznimno sitnim česticama, manjima od zrna pijeska, koje se lako spajaju s tokovima plina i mogu biti nošene vjetrovima učinkovitije od većih komada. Takav “vertikalno-radijalni” transport nudi prirodno objašnjenje zašto se u kometima može naći materijal koji je nekoć bio zagrijan blizu mlade zvijezde, ali je kasnije pohranjen u hladnim dijelovima sustava. U praktičnom smislu, Webbovi podaci upućuju na to da je put kristala dvofazan: prvo nastanak u toploj zoni, zatim brzi “izvoz” u hladne periferne regije gdje se led i prašina mogu udruživati u veća tijela. NASA dodaje da je dodatnu vizualnu potporu interpretaciji dala i snimka Webbova instrumenta NIRCam: u blizini EC 53 vidi se raspršeno svjetlo i jedan set vjetrova kao svijetli, polukružni luk nagnut udesno, dok se u suprotnom smjeru tokovi materijala odvijaju “iza” zvijezde, ali taj dio u bliskom infracrvenom izgleda tamnije. Mlazovi su, prema opisu, prostorno toliko uski da ih u toj konfiguraciji nije moguće jasno izdvojiti.

Implikacije za nastanak planeta: kometi kao svjedoci miješanja materijala

Rezultat za EC 53 snažno upućuje na to da rani planetarni sustavi nisu kemijski uredno “posloženi” po udaljenosti od zvijezde, nego da materijal putuje i miješa se više nego što se često intuitivno zamišlja. Ako se kristalni silikati stvaraju blizu zvijezde, a zatim ih vjetrovi i izljevi prenose prema van, tada kometi mogu postati spremnici materijala miješanog porijekla: dio je nastao u “vrućoj” unutarnjoj zoni, a dio u hladnoj periferiji. To objašnjava zašto komet, iako ga promatramo kao ledeno tijelo, može nositi mineralne tragove koji zahtijevaju visoke temperature. U priopćenju NASA navodi i širi vremenski kontekst: EC 53 je još uvijek obavijen prašinom i mogao bi u takvom stanju ostati oko 100.000 godina, dok se kroz milijune godina u disku očekuje mnoštvo sudara i postupno “građenje” većih tijela, od kamenčića do planetesimala i na kraju planeta. U takvoj evoluciji diska mineralni sastav prašine nije samo detalj, nego može utjecati na toplinska svojstva, dinamiku zrnaca i kemijske uvjete u zonama gdje se formiraju stjenoviti planeti i ledena tijela. Drugim riječima, Webbovo promatranje EC 53 ne daje odgovor samo na pitanje “odakle kristali u kometima”, nego i na pitanje kako se materijal u nastajućim sustavima reciklira i redistribuira. Za razumijevanje ranog Sunčevog sustava to je važna poruka: kometi možda nisu “čista” slika samo hladne periferije, nego arhiva procesa koji su se odvijali i bliže Suncu, a zatim bili izneseni prema rubu.

Zašto je MIRI ključan i što se može očekivati dalje

Instrument MIRI, prema NASA-inom opisu, pokriva srednje infracrveno područje od približno 4,9 do 28,8 mikrometara i omogućuje i snimanje i spektroskopiju, što je presudno za čitanje mineralnih “potpisa” u prašini i plinu. ESA u svojem opisu naglašava da MIRI mora biti značajno hladniji od ostalih instrumenata na Webbovu opservatoriju kako bi radio u tom području, zbog čega su takva mjerenja tehnološki zahtjevna i osjetljiva na kvalitetu kalibracije. U kombinaciji s predvidljivim izljevim ponašanjem EC 53, Webb je dobio rijetku priliku da “uhvati” sustav u dva stanja i promatra promjene, a ne samo statičnu sliku. Znanstveni smisao takvih rezultata nije samo u jednoj zvijezdi: pitanje koje se prirodno otvara jest koliko je ovakav mehanizam univerzalan u mladim sustavima i koliko učinkovito može ispuniti vanjske zone kristalima u različitim uvjetima mase diska, magnetskog polja i brzine akrecije. Upravo zato su važna buduća promatranja drugih protostara, osobito onih s manje pravilnim izljevima, kako bi se provjerilo je li EC 53 reprezentativan ili iznimka koja nam ipak pokazuje što je u načelu moguće. Webbov rezultat, međutim, već sada mijenja ton rasprave: umjesto općeg “možda se nekako prenose”, sada postoji konkretan primjer u kojem se vidi gdje nastaju i kojim putem mogu otići. Za međunarodni program NASA-e u suradnji s ESA-om i CSA-om, ovakvi nalazi potvrđuju jednu od ključnih prednosti Webba: sposobnost da iz “kemije prašine” izvuče priču o dinamici i povijesti nastanka planetarnih sustava.

Izvori:
- NASA Science – službena objava o opažanjima protostara EC 53 i interpretaciji nastanka/transporta kristalnih silikata (objava 21. siječnja 2026.) (link)
- NASA Science (asset) – ilustracija “Silicate Crystallization and Movement Near Protostar EC 53” s datumom objave i opisom procesa (link)
- NASA (hostani PDF) – znanstveni rukopis “EPISODE of Accretion Burst Crystallizes Silicates in a Planet Forming Disk” s metodologijom i datumima MIRI opažanja (5. listopada 2023. i 10. svibnja 2024.) (link)
- NASA Science – činjenice o Kuiperovu pojasu kao udaljenoj zoni ledenih tijela Sunčeva sustava (link)
- NASA Science – činjenice o Oortovu oblaku kao vrlo udaljenom rezervoaru kometa (link)
- NASA Science – opis instrumenta MIRI na teleskopu James Webb (valne duljine i načini rada) (link)
- ESA Webb – opis instrumenta MIRI i tehnički zahtjevi hlađenja u srednjem infracrvenom području (link)