Dies ist die künstlerische Darstellung eines jungen Sterns, der von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist. Ein internationales Team von Astronomen hat das James Webb-Weltraumteleskop der NASA verwendet, um die Scheibe um einen jungen und sehr massearmen Stern namens ISO-ChaI 147 zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen die reichhaltigste Kohlenwasserstoffchemie, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe beobachtet wurde. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Verwendung der James Webb-Weltraumteleskophaben Wissenschaftler in einer protoplanetaren Scheibe um einen massearmen Stern eine große Vielfalt an Kohlenstoffmolekülen entdeckt. Dies deutet auf eine einzigartige Art von Planetenbildungsumgebung hin, die zur Entstehung kohlenstoffarmer Planeten führen könnte.
Ein internationales Team von Astronomen untersuchte die Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen, sehr massearmen Stern mit NASADie Ergebnisse zeigen die größte Anzahl kohlenstoffhaltiger Moleküle, die bisher in einer solchen Scheibe beobachtet wurde. Diese Erkenntnisse haben Auswirkungen auf die mögliche Zusammensetzung aller Planeten, die sich um diesen Stern bilden könnten.
Auswirkungen auf die Planetenentstehung
Gesteinsplaneten bilden sich eher um massearme Sterne als um Gasriesen, was sie zu den häufigsten Planeten um die häufigsten Sterne in unserer Galaxie macht. Über die Chemie solcher Welten, die der Erde ähnlich oder sehr verschieden sein können, ist wenig bekannt. Durch die Untersuchung der Scheiben, aus denen solche Planeten entstehen, hoffen Astronomen, den Planetenentstehungsprozess und die Zusammensetzung der daraus entstehenden Planeten besser zu verstehen.
Planetenbildungsscheiben um Sterne mit sehr geringer Masse sind schwer zu untersuchen, da sie kleiner und lichtschwächer sind als Scheiben um Sterne mit hoher Masse. Ein Programm namens MIRI (Mid-Infrared Instrument) Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) zielt darauf ab, Webbs einzigartige Fähigkeiten zu nutzen, um eine Brücke zwischen dem chemischen Inventar von Scheiben und den Eigenschaften von Exoplaneten zu bauen.
„Webb hat eine bessere Empfindlichkeit und spektrale Auflösung als bisherige Infrarot-Weltraumteleskope“, erklärte der Hauptautor Aditya Arabhavi von der Universität Groningen in den Niederlanden. „Von der Erde aus sind diese Beobachtungen nicht möglich, da die Emissionen der Scheibe von unserer Atmosphäre blockiert werden.“
Das vom MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA entdeckte Spektrum des Sterns ISO-ChaI 147 zeigt die reichhaltigste Kohlenwasserstoffchemie, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe beobachtet wurde, bestehend aus 13 kohlenstoffhaltigen Molekülen. Dazu gehört auch die erste extrasolare Entdeckung von Ethan (C2H6). Dem Team gelang es außerdem, Ethylen (C2H4), Propin (C3H4) und das Methylradikal CH3 erstmals in einer protoplanetaren Scheibe nachzuweisen. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)
Bahnbrechende Entdeckungen in der Chemie der Exoplaneten
In einer neuen Studie untersuchte dieses Team die Region um einen Stern mit sehr geringer Masse namens ISO-ChaI 147, einen 1 bis 2 Millionen Jahre alten Stern, der nur 0,11 Mal so viel wiegt wie die Sonne. Das von Webbs MIRI enthüllte Spektrum zeigt die reichhaltigste Kohlenwasserstoffchemie, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe beobachtet wurde – insgesamt 13 verschiedene kohlenstoffhaltige Moleküle. Zu den Ergebnissen des Teams gehört der erste Nachweis von Ethan (C2H6) außerhalb unseres Sonnensystems sowie Ethylen (C2H4), Propin (C3H4) und das Methylradikal CH3.
„Diese Moleküle wurden bereits in unserem Sonnensystem nachgewiesen, beispielsweise in Kometen wie 67P/Churyumov–Gerasimenko und C/2014 Q2 (Lovejoy)“, fügte Arabhavi hinzu. „Webb hat uns gezeigt, dass diese Kohlenwasserstoffmoleküle nicht nur vielfältig, sondern auch in großer Menge vorhanden sind. Es ist erstaunlich, dass wir nun den Tanz dieser Moleküle in den Planetenwiegen beobachten können. Es ist eine ganz andere Umgebung für die Planetenbildung, als wir normalerweise denken.“
Das Team weist darauf hin, dass diese Ergebnisse weitreichende Auswirkungen auf die Chemie der inneren Scheibe und der Planeten haben, die dort entstehen könnten. Da Webb gezeigt hat, dass das Gas in der Scheibe so kohlenstoffreich ist, ist in den festen Materialien, aus denen Planeten entstehen könnten, wahrscheinlich nur noch wenig Kohlenstoff vorhanden. Infolgedessen könnten die Planeten, die dort entstehen könnten, letztlich kohlenstoffarm sein. (Die Erde selbst gilt als kohlenstoffarm.)
„Das unterscheidet sich grundlegend von der Zusammensetzung, die wir in Scheiben um sonnenähnliche Sterne sehen, wo sauerstoffhaltige Moleküle wie Wasser und Kohlendioxid dominieren“, fügte Teammitglied Inga Kamp, ebenfalls von der Universität Groningen, hinzu. „Dieses Objekt beweist, dass es sich um eine einzigartige Klasse von Objekten handelt.“
„Es ist unglaublich, dass wir die Menge an Molekülen, die wir von der Erde gut kennen, wie etwa Benzol, in einem Objekt erkennen und quantifizieren können, das mehr als 600 Lichtjahre entfernt ist“, fügte Teammitglied Agnés Perrin vom Centre National de la Recherche Scientifique in Frankreich hinzu.
Zukünftige Forschungsrichtungen
Als nächstes will das Wissenschaftsteam seine Studie auf eine größere Anzahl solcher Scheiben um Sterne mit sehr geringer Masse ausweiten, um besser zu verstehen, wie häufig oder exotisch solche kohlenstoffreichen terrestrischen Planetenbildungsregionen sind. „Die Ausweitung unserer Studie wird es uns auch ermöglichen, besser zu verstehen, wie diese Moleküle entstehen können“, erklärte Teammitglied und Forschungsleiter des MINDS-Programms, Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland. „Einige Merkmale in den Webb-Daten sind außerdem noch nicht identifiziert, sodass weitere Spektroskopie erforderlich ist, um unsere Beobachtungen vollständig interpretieren zu können.“
Diese Arbeit unterstreicht auch die Notwendigkeit, dass Wissenschaftler fachübergreifend zusammenarbeiten. Das Team weist darauf hin, dass diese Ergebnisse und die dazugehörigen Daten auch anderen Bereichen wie der theoretischen Physik, Chemie und Astrochemie zugutekommen können, um die Spektren zu interpretieren und neue Eigenschaften in diesem Wellenlängenbereich zu untersuchen.
Weitere Informationen zu dieser Entdeckung finden Sie unter „Webb enthüllt die kohlenstoffreichen Geheimnisse protoplanetarer Scheiben“.
Referenz: „Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star“ von AM Arabhavi, I. Kamp, Th. Henning, EF van Dishoeck, V. Christiaens, D. Gasman, A. Perrin, M. Güdel, B. Tabone, J. Kanwar, LBFM Waters, I. Pascucci, M. Samland, G. Perotti, G. Bettoni, SL Grant, PO Lagage, TP Ray, B. Vandenbussche, O. Absil, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, J. Bouwman, A. Caratti o Garatti, AM Glauser, F. Lahuis, M. Mueller, G. Olofsson, E. Pantin, S. Scheithauer, M. Morales-Calderón, R. Franceschi, H. Jang, N. Pawellek, D. Rodgers-Lee, J. Schreiber, K. Schwarz, M. Temmink, M. Vlasblom, G. Wright, L. Colina und G. Östlin, 6. Juni 2024, Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.adi8147
Das James Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit bedeutendste Observatorium für die Weltraumforschung. Webb löst Rätsel unseres Sonnensystems, blickt darüber hinaus auf ferne Welten um andere Sterne und erforscht die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA mit ihren Partnern ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Canadian Space Agency).