Een internationaal team van astronomen heeft NASA's James Webb ruimtetelescoop gebruikt om de schijf van gas en stof rond een jonge ster met een zeer lage massa te bestuderen. De resultaten onthullen het grootste aantal koolstofhoudende moleculen dat tot nu toe in zo'n schijf is waargenomen. Deze bevindingen hebben gevolgen voor de mogelijke samenstelling van planeten die zich rond deze ster zouden kunnen vormen.
Rotsplaneten zijn waarschijnlijker dan gasreuzen om zich te vormen rond sterren met een lage massa, waardoor ze de meest voorkomende planeten zijn rond de meest voorkomende sterren in ons melkwegstelsel. Er is weinig bekend over de chemie van zulke werelden, die vergelijkbaar met of heel anders dan de aarde kunnen zijn. Door de schijven te bestuderen waaruit zulke planeten ontstaan, hopen astronomen het proces van planeetvorming en de samenstelling van de resulterende planeten beter te begrijpen. Planeetvormende schijven rond sterren met een zeer lage massa zijn moeilijk te bestuderen omdat ze kleiner en zwakker zijn dan schijven rond sterren met een hoge massa. Het MIRI-programma (Mid-Infrared Instrument), MINDS, wil de unieke mogelijkheden van Webb gebruiken om een brug te slaan tussen de chemische samenstelling van schijven en de eigenschappen van exoplaneten.
“Webb heeft een betere gevoeligheid en spectrale resolutie dan eerdere infrarood ruimtetelescopen,” legt hoofdauteur Aditya Arabhavi van de Rijksuniversiteit Groningen in Nederland uit. “Deze waarnemingen zijn niet mogelijk vanaf de aarde, omdat de emissies van de schijf worden geblokkeerd door onze atmosfeer.” In een nieuwe studie onderzocht dit team het gebied rond een ster met een zeer lage massa die bekend staat als ISO-ChaI 147, een 1 tot 2 miljoen jaar oude ster die slechts 0,11 keer zoveel weegt als de zon. Het door Webb's MIRI geopenbaarde spectrum laat de rijkste koolwaterstofchemie zien die tot nu toe in een protoplanetaire schijf is waargenomen - in totaal 13 verschillende koolstofhoudende moleculen. De bevindingen van het team omvatten de eerste detectie van ethaan (C2H6) buiten ons zonnestelsel, evenals ethyleen (C2H4), propyne (C3H4) en het methylradicaal CH3.
“Deze moleculen zijn al gedetecteerd in ons zonnestelsel, zoals in kometen zoals 67P/Churyumov-Gerasimenko en C/2014 Q2 (Lovejoy),” voegt Arabhavi toe. "Webb liet ons begrijpen dat deze koolwaterstofmoleculen niet alleen divers zijn, maar ook overvloedig aanwezig. Het is verbazingwekkend dat we nu de dans van deze moleculen in de planetaire wiegen kunnen zien. Het is een heel andere planeetvormende omgeving dan waar we gewoonlijk aan denken."
Het team geeft aan dat deze resultaten grote gevolgen hebben voor de chemie van de binnenschijf en de planeten die zich daar zouden kunnen vormen. Omdat Webb onthulde dat het gas in de schijf zo rijk is aan koolstof, is er waarschijnlijk weinig koolstof over in de vaste materialen waaruit planeten zouden kunnen ontstaan. Als gevolg daarvan zouden de planeten die zich daar zouden kunnen vormen, uiteindelijk koolstofarm kunnen zijn. (De aarde zelf wordt beschouwd als koolstofarm.)
“Dit verschilt enorm van de samenstelling die we zien in schijven rond sterren van het zonnetype, waar zuurstofhoudende moleculen zoals water en koolstofdioxide domineren,” voegt teamlid Inga Kamp, ook van de Rijksuniversiteit Groningen, toe. “Dit object stelt vast dat dit een unieke klasse van objecten is.” “Het is ongelooflijk dat we de hoeveelheid moleculen die we op aarde goed kennen, zoals benzeen, kunnen detecteren en kwantificeren in een object dat meer dan 600 lichtjaar van ons verwijderd is,” voegde teamlid Agnés Perrin van het Centre National de la Recherche Scientifique in Frankrijk toe.
Het wetenschappelijke team is vervolgens van plan om hun studie uit te breiden naar een grotere steekproef van dergelijke schijven rond sterren met een zeer lage massa om meer inzicht te krijgen in hoe vaak dergelijke koolstofrijke gebieden met terrestrische planeetvorming voorkomen of hoe exotisch ze zijn. “De uitbreiding van onze studie zal ons ook in staat stellen om beter te begrijpen hoe deze moleculen zich kunnen vormen,” legt teamlid en hoofdonderzoeker van het MINDS-programma Thomas Henning van het Max-Planck-Instituut voor Astronomie in Duitsland uit. “Verschillende kenmerken in de Webb-gegevens zijn ook nog niet geïdentificeerd, dus er is meer spectroscopie nodig om onze waarnemingen volledig te kunnen interpreteren.”
Dit werk benadrukt ook de cruciale noodzaak voor wetenschappers om samen te werken tussen verschillende disciplines. Het team merkt op dat deze resultaten en de bijbehorende gegevens kunnen bijdragen aan andere gebieden, waaronder theoretische natuurkunde, scheikunde en astrochemie, om de spectra te interpreteren en nieuwe kenmerken in dit golflengtegebied te onderzoeken.
De James Webb Space Telescope is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries op in ons zonnestelsel, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency).
Bron: NASA
