Webb findet eine Fülle von Kohlenstoffmolekülen in der Umgebung eines jungen Stern
Ein internationales Team von Astrophysikern hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/Webb die Scheibe um einen jungen und sehr massearmen Stern untersucht. Die Ergebnisse zeigen die umfangreichste Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe beobachtet wurde (einschließlich des ersten extrasolaren Nachweises von Ethan) und tragen zu unserem wachsenden Verständnis der Vielfalt von Planetensystemen bei.
Planeten bilden sich in Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umkreisen. Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich terrestrische Planeten in den Scheiben um sehr massearme Sterne wahrscheinlich effizienter bilden als Gasriesen. Die planetarische Zusammensetzung dieser umkreisenden Gesteinsplaneten ist weitgehend unbekannt, aber neue Daten von Webb deuten darauf hin, dass sich die Scheiben um sehr massearme Sterne anders entwickeln als die um massereichere Sterne.
Die MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) zielt darauf ab, eine Brücke zwischen dem chemischen Spektrum der Scheiben und den Eigenschaften der Exoplaneten zu schlagen. In einer neuen Studie untersuchte dieses Team die Scheibe um einen sehr massearmen Stern von 0,11 Sonnenmassen (bekannt als ISO-ChaI-147). Diese Beobachtungen geben Aufschluss über die Umgebung und die Grundvoraussetzungen für die Entstehung solcher Planeten. Das Team fand heraus, dass das Gas in der planetenbildenden Region des Sterns reich an Kohlenstoff ist. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass Kohlenstoff aus dem festen Material entfernt wird, aus dem sich Gesteinsplaneten bilden können, und könnte daher erklären, warum die Erde relativ kohlenstoffarm ist.
„Webb hat eine bessere Empfindlichkeit und spektrale Auflösung als frühere Instrumente zur Erforschung des Universums aus dem Weltraum“, erklärt der Hauptautor Aditya Arabhavi von der Universität Groningen in den Niederlanden, der von Ewine van Dishoeck mitbetreut wird. "Diese Beobachtungen sind von der Erde aus nicht möglich, weil die Emissionen durch die Atmosphäre blockiert werden. Bisher konnten wir von diesem Objekt nur Acetylen (C2H2)-Emissionen nachweisen. Die höhere Empfindlichkeit und spektrale Auflösung von Webb ermöglichte es uns jedoch, schwache Emissionen von weniger häufig vorkommenden Molekülen zu erkennen. Webb hat uns auch gezeigt, dass diese Kohlenwasserstoffmoleküle nicht nur vielfältig, sondern auch reichlich vorhanden sind."
Das von Webbs Mid-InfraRed Instrument (MIRI) aufgedeckte Spektrum zeigt die reichhaltigste Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen, die bisher in einer protoplanetaren Scheibe gefunden wurde, und umfasst 13 kohlenstoffhaltige Moleküle bis hin zu Benzol. Dazu gehört der erste extrasolare Nachweis von Ethan (C2H6), dem größten vollständig gesättigten Kohlenwasserstoff, der außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurde. Da man davon ausgeht, dass sich vollständig gesättigte Kohlenwasserstoffe aus einfacheren Molekülen bilden, gibt ihr Nachweis den Forschern Aufschluss über die chemische Umgebung. Dem Team gelang es auch, Ethylen (C2H4), Propin (C3H4) und das Methylradikal CH3 zum ersten Mal in einer protoplanetaren Scheibe nachzuweisen.
„Die Scheibe um diesen massearmen Stern ist sehr kohlenstoffreich und sauerstoffarm“, sagt Co-Autorin Sierra Grant vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Das könnte einfach an der niedrigeren Temperatur des Sterns liegen, die zu einer kühleren Scheibe führt, oder daran, dass sich der Staub in der Akkretionsscheibe anders verhält, wodurch wir tiefer in die Scheibe schauen können.“ Das Team plant Folgebeobachtungen unter Federführung des MPE, um die Stichprobe der Scheiben um kleine Sterne und sogar braune Zwerge zu erweitern. „Wir wollen verstehen, warum diese Quelle so extrem ist und wie sie mit anderen Quellen zusammenpasst“, fügt die Forscherin hinzu.
Diese Ergebnisse könnten große Auswirkungen auf die Astrochemie in der zentralen Region der Scheibe und die sich dort bildenden Planeten haben. Simulationen sagen voraus, dass die Größe und Zusammensetzung der terrestrischen Planeten von der Kohlenstoffhäufigkeit im festen Material der protoplanetaren Scheibe abhängt.
Diese Arbeit unterstreicht auch, wie wichtig es ist, dass Wissenschafterinnen und Wissenschafter interdisziplinär zusammenarbeiten. Das Team weist darauf hin, dass diese Ergebnisse und die zugehörigen Daten anderen Bereichen wie der theoretischen Physik, der Chemie und der Astrochemie helfen können, die Spektren zu interpretieren und neue Merkmale in diesem Wellenlängenbereich zu untersuchen.
