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Neue Bilder des James-Webb-Weltraumteleskops haben überraschende Paare planetenähnlicher Objekte im Orionnebel enthüllt, die noch nie zuvor entdeckt wurden.
Der Orionnebel, eine leuchtende Wolke aus Staub und Gas, ist einer der hellsten Nebel am Nachthimmel und als Schwert im Sternbild Orion erkennbar. Der 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernte Nebel bietet Astronomen seit langem eine Fülle von Himmelsobjekten, die es zu untersuchen gilt, darunter Planeten bildende Scheiben um junge Sterne und Braune Zwerge oder Objekte mit einer Masse zwischen der von Planeten und Sternen.
Astronomen nutzten Webbs Nahinfrarotkamera namens NIRCam, um Mosaike des Orionnebels in kurzen und langen Lichtwellenlängen einzufangen und dabei beispiellose Details und unerwartete Entdeckungen zu offenbaren.
Als die Astronomen Samuel G. Pearson und Mark J. McCaughrean das kurzwellige Bild des Orionnebels untersuchten, vergrößerten sie den Trapezhaufen, eine junge Sternentstehungsregion, die etwa eine Million Jahre alt ist und bis zum Rand mit Tausenden von Sternen gefüllt ist neue Sterne. Zusätzlich zu den Sternen entdeckten die Wissenschaftler Braune Zwerge, die zu klein sind, um in ihrem Kern die Kernfusion anzustoßen und zu Sternen zu werden. Braune Zwerge haben eine Masse, die weniger als 7 % der Sonnenmasse beträgt.
Auf der Suche nach anderen isolierten Objekten geringer Masse fanden die Astronomen etwas, was sie noch nie gesehen hatten: Paare planetenähnlicher Objekte mit Massen zwischen dem 0,6- und 13-fachen der Masse des Jupiters, die einigen grundlegenden astronomischen Theorien zu widersprechen scheinen.
Die Wissenschaftler nannten sie Jupiter Mass Binary Objects oder JuMBOs.
„Obwohl einige von ihnen massereicher sind als der Planet Jupiter, werden sie ungefähr gleich groß und nur geringfügig größer sein“, sagte Pearson, ein Forschungsstipendiat der Europäischen Weltraumorganisation am Europäischen Zentrum für Weltraumforschung und -technologie in den Niederlanden.
Die Astronomen fanden 40 JuMBO-Paare und zwei Tripelsysteme, die sich alle auf weiten Umlaufbahnen umeinander befanden. Obwohl sie paarweise existieren, sind die Objekte typischerweise etwa 200 astronomische Einheiten voneinander entfernt, was dem 200-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Es kann zwischen 20.000 und 80.000 Jahre dauern, bis die Objekte eine Umlaufbahn umeinander vollenden.
ESA
Auf diesem Bild sind fünf JuMBOs zu sehen, das die feineren Details des größeren Webb-Porträts des Trapezhaufens im Orionnebel vergrößert.
Die Objekte’ Die Temperaturen reichen von 1.000 Grad Fahrenheit (537 Grad Celsius) bis 2.300 F (1.260 °C), sagte Pearson. Die gasförmigen Objekte sind astronomisch gesehen jung – etwa 1 Million Jahre alt. Im Vergleich dazu ist unser Sonnensystem 4,57 Milliarden Jahre alt.
„Wir haben die Hälfte des Sonnenlebens hinter uns, daher handelt es sich bei diesen Objekten im Orion um drei Tage alte Babys.“ sagte McCaughrean, leitender Berater für Wissenschaft und Exploration bei der Europäischen Weltraumorganisation. „Sie sind immer noch ziemlich leuchtend und warm, weil die Energie, die sie bei ihrer Entstehung haben, sie immer noch leuchten lässt, was uns überhaupt erst ermöglicht, diese Dinge zu sehen.“
McCaughrean und Pearson haben zwei Forschungsarbeiten verfasst, die auf ihren Entdeckungen im Orionnebel mit dem Webb-Teleskop basieren. Die Studien wurden zur Veröffentlichung bei Fachzeitschriften eingereicht und die vorläufigen Ergebnisse sind auf einer Preprint-Site namens arXiv verfügbar. Es bleiben jedoch viele Fragen zu JuMBOs offen – auch, wie sie überhaupt entstanden sind.
Sterne entstehen aus riesigen Gas- und Staubwolken, die unter der Schwerkraft kollabieren. Dieser Prozess setzt sich fort, während Gas- und Staubscheiben um die Sterne wirbeln und so Planeten entstehen lassen. Aber keine existierenden Theorien erklären, wie die JuMBOs entstanden sind oder warum sie im Orionnebel vorhanden sind, sagte McCaughrean.
Manche halten die JuMBOs beispielsweise für Schurkenplaneten oder Objekte mit Planetenmasse, die sich frei durch den Weltraum bewegen, ohne Sterne zu umkreisen. Aber viele Schurkenplaneten umkreisen zunächst Sterne, bevor sie ausgestoßen werden, und es wäre schwer zu erklären, wie Paare von ihnen gleichzeitig ausgeschleust wurden, während sie gravitativ miteinander verbunden blieben.
NASA/ESA/CSA
Dieses Webb-Bild zeigt die vollständige Übersicht über den inneren Orionnebel und den Trapezhaufen, aufgenommen im Licht langer Wellenlängen.
„Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten an Theorien und Modellen zur Sternen- und Planetenentstehung, aber keiner von ihnen hat jemals vorhergesagt, dass wir Paare von Objekten mit extrem geringer Masse finden würden, die allein im Weltraum schweben – und wir sehen viele davon“, sagte Pearson sagte. „Das Wichtigste, was wir daraus lernen, ist, dass etwas grundlegend falsch ist, entweder mit unserem Verständnis der Planetenentstehung, der Sternentstehung oder beidem.“
Der Orionnebel ist ein beliebtes Beobachtungsziel von Astronomen, und je größer und ausgefeilter die Teleskope werden, desto mehr Objekte werden innerhalb des Nebels sichtbar, sagte McCaughrean.
„Während die Objekte, die wir betrachten, sehr schwach sind, sind sie im Infraroten am hellsten, sodass (ist) Dort haben Sie die besten Chancen, sie zu entdecken“, sagte Pearson per E-Mail. „JWST ist das leistungsstärkste Infrarot-Teleskop, das jemals gebaut wurde, und diese Beobachtungen wären mit keinem anderen Teleskop möglich.“
Beobachtungen des Nebels, die für Anfang 2024 geplant sind, könnten mehr Einblick in die atmosphärische Zusammensetzung der JuMBOs liefern, sagte Pearson. Darüber hinaus wollen die Forscher mehr Details über die Objekte herausfinden, unter anderem durch genaue Messungen ihrer Massen.
In der Zwischenzeit könnten andere Forschungsarbeiten, die sich auf verschiedene Sternentstehungsregionen konzentrieren, Aufschluss darüber geben, ob sich JuMBOs anderswo außerhalb des Orionnebels befinden.
„Die Hauptfrage ist: ‚Was?! Woher kommt das?‘“, sagte Pearson. „Es ist einfach so unerwartet, dass viele zukünftige Beobachtungen und Modellierungen erforderlich sein werden, um es zu erklären.“