Zelfs in de meest extreme stervormingsgebieden die we kennen, lijkt het mogelijk dat rotsachtige planeten zoals de aarde het levenslicht zien.
Je zou misschien denken dat planeten met een rotsachtige samenstelling, inclusief planeten met water, in barre omgevingen die doordrenkt worden met harde ultraviolette straling van zware sterren geen schijn van kans maken. Toch lijkt het tegendeel waar. Met behulp van het MIRI-instrument aan boord van de krachtige James Webb-telescoop hebben astronomen water en koolstofhoudende moleculen waargenomen in een schijf van gas en stof rond een jonge, zonachtige ster. En opmerkelijk genoeg bevindt deze ster zich in een van de meest extreme omgevingen in ons Melkwegstelsel.
XUE-1
Het astronomenteam bestudeerde met behulp van de James Webb-telescoop het binnenste gedeelte van de schijf, waar men verwacht dat planeten ontstaan die qua samenstelling lijken op de aarde: rotsachtig, met een dunne atmosfeer. De schijf, die door de astronomen XUE-1 is genoemd, wordt gebombardeerd met intense ultraviolette straling van nabijgelegen hete, zware sterren. Maar zelfs in deze barre omgeving ontdekten de onderzoekers zowel water als eenvoudige organische moleculen. “Dit resultaat is onverwacht en opwindend,” aldus eerste auteur María Ramírez-Tannus. “Het laat zien dat er gunstige omstandigheden zijn om aardachtige planeten en de ingrediënten voor leven te vormen, zelfs in de meest barre omgevingen in onze Melkweg.”
Stervormingsgebieden met zware sterren
De studie geeft waardevolle nieuwe inzichten in de omgevingen waarin planeten vergelijkbaar met de aarde zich kunnen vormen. Tot nu toe was er namelijk nog weinig bekend over hoe barre omgevingen van invloed zijn op de binnenste delen van schijven. Eerdere gedetailleerde observaties van schijven waarin planeten het levenslicht zien, waren beperkt tot nabije stervormingsgebieden zonder zware sterren.
Zware sterren
Zware sterren zijn van nature heel helder en stralen grote hoeveelheden krachtige UV-straling uit. Hun aanwezigheid verstoort de omgeving aanzienlijk. Daarom was de veronderstelling dat de vorming van aardachtige planeten hier zeldzaam zou zijn. Dit kon echter niet definitief worden vastgesteld, omdat in het huidige universum stervormingsgebieden met zware sterren niet veel voorkomen. Bovendien liggen zelfs de meest dichtstbijzijnde ver weg. Tot voor kort bestond er ook nog geen methode om kleine schijven rond zonachtige sterren gedetailleerd waar te nemen. De weinige schijven die planeten vormen en dichtbij genoeg zijn voor gedetailleerde waarnemingen, bevinden zich allemaal in rustigere omgevingen zonder de intense UV-straling van zware sterren.
NGC 6357
In een poging hier toch meer over te weten te komen, besloten onderzoekers de emissienevel NGC 6357 nader te bestuderen. Deze nevel bevindt zich op een afstand van 5500 lichtjaar van de aarde en is hiermee een van de meest dichtstbijzijnde zware-stervormingsgebieden. NGC 6357 herbergt meer dan tien heldere sterren met een hoge massa, wat betekent dat bepaalde planeetvormende schijven in dit gebied gedurende het grootste deel van hun bestaan zijn blootgesteld aan krachtige UV-straling. “Als intense straling de omstandigheden voor planeetvorming in de binnenste regionen van protoplanetaire schijven belemmert, dan is NGC 6357 de plek waar we het effect zouden moeten zien”, aldus onderzoeker Arjan Bik.
Moleculen
Het team was verrast te ontdekken dat minstens één van de schijven in NGC 6357, wat betreft belangrijke moleculen, niet veel verschilt van schijven in gebieden met minder zware sterren. “We vonden een overvloed aan water, koolmonoxide, kooldioxide, waterstofcyanide en acetyleen in de binnenste regionen van XUE-1,” zegt coauteur Rens Waters van de Radboud Universiteit. “Dit geeft waardevolle aanwijzingen over de waarschijnlijke samenstelling van de oorspronkelijke atmosfeer van de resulterende aardse planeten.” De wetenschappers ontdekten ook silicaatstof, dat een bouwsteen is voor rotsachtige planeten, in vergelijkbare hoeveelheden als in gebieden waar lichtere sterren worden gevormd.
Aardachtige planeten
Kortom, de studie toont aan dat aardachtige planeten dus zelfs kunnen ontstaan onder barre omstandigheden. De binnenste delen van protoplanetaire schijven in de buurt van zware sterren blijken net zo geschikt te zijn voor het vormen van aardachtige, rotsachtige planeten als die rond minder zware sterren. Bovendien voorzien ze zelfs in overvloed aan water, een essentieel ingrediënt voor het leven zoals wij dat kennen.
De onderzoekers kunnen op dit moment alleen nog niet met zekerheid zeggen of er veel aardachtige planeten in dit soort omgevingen ontstaan. Het bestuderen van slechts één schijf is daarvoor niet voldoende. Maar vervolgonderzoek ligt al in het verschiet, zo vertelt co-auteur Lars Cuijpers, masterstudent aan de Radboud Universiteit. “We gaan meer onderzoek doen binnen ons James Webb Space Telescope-programma naar nog eens 14 schijven die zich in verschillende delen van NGC 6357 bevinden,” besluit hij.
