Verder bevat de schijf heel weinig water en kooldioxide. En dat is opvallend, aangezien deze verbindingen wel vaak in andere planeetvormende schijven rond zonachtige sterren worden aangetroffen.
Op zo’n 500 lichtjaar afstand vinden we de jonge, lichte ster J160532, die slechts een tiende van de massa van de zon heeft. Rond zulke jonge, kleine sterren ontstaan vaak rotsachtige planeten die lijken op de aarde. In een nieuwe studie hebben sterrenkundigen, waaronder diverse Nederlandse onderzoekers, de krachtige James Webb-telescoop op de stofschijf gericht die J160532 omhuld. Het heeft geleid tot een bijzondere ontdekking. Want voor het eerst is er in zo’n planeetvormende schijf de organische verbinding benzeen aangetroffen.
Verbindingen
Benzeen (C6H6) is een gas – meer specifiek een koolwaterstof – die onder andere in benzine en ruwe olie zit. Het is zoals gezegd de eerste waarneming van deze chemische stof in een planeetvormende schijf. Naast benzeen zagen de onderzoekers tevens veel andere, kleinere koolstofverbindingen. Zo troffen ze ook voor het eerst de koolwaterstof diacetyleen (C4H2) aan. Verder bevat de schijf een buitengewoon grote hoeveelheid acetyleengas (C2H2), wat een zeer reactieve koolwaterstof is.
Opvallend genoeg bevat de schijf maar weinig zuurstofrijke moleculen, zoals water en kooldioxide. Dat is verrassend, aangezien deze verbindingen wel vaak in andere planeetvormende schijven rond zonachtige sterren worden gevonden. De waarnemingen duiden erop dat de planeten die in de schijf rond J160532 ontstaan relatief weinig koolstof bevatten – net als onze aarde.
Vernietigd
Hoe het benzeen en de (di-)acetyleengassen in de schijf terecht zijn gekomen? Waarschijnlijk is dit gebeurd op het moment dat koolstofrijke stofkorrels vernietigd werden in de buurt van de actieve, jonge ster. Tijdens dit proces komen de koolstofverbindingen vrij uit het stof. Het gruis dat overblijft, bevat silicaten met relatief weinig koolstof. Vervolgens klontert het koolstofarme gruis samen tot grotere brokken, die uiteindelijk transformeren in rotsachtige planeten zoals de aarde. Dit kan overigens ook verklaren waarom onze aarde zo weinig koolstof bevat.
James Webb
De fascinerende ontdekking van de koolstofverbindingen was zonder James Webb niet mogelijk geweest. Dat komt omdat het tot nu toe lastig was om moleculen in het warme binnendeel van stofschrijven rond jonge sterren te bestuderen. Eerdere generaties telescopen waren simpelweg niet gevoelig genoeg. Maar James Webb heeft daar verandering in gebracht. Deze telescoop is uitgerust met de zeer gevoelige MIRI-spectrometer. En met deze spectrometer kunnen astronomen dwars door stofwolken heen turen. Op die manier slaagden ze erin het warme gas te meten. Het hart van de MIRI-spectrometer is overigens ontworpen en gebouwd door de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA).
Schat aan gegevens
Kortom, met de geavanceerde spectrometer slaagden de onderzoekers erin de planeetvormende schijf van J160532 beter dan ooit tevoren uit te pluizen. “Dit is precies het soort wetenschap waarvoor de MIRI-spectrometer is ontworpen,” zegt onderzoeker Ewine van Dishoeck, verbonden aan de Universiteit Leiden, die vanaf het begin bij de bouw van Webb en het MIRI-instrument betrokken is. “De spectra bevatten een schat aan gegevens die ons iets vertellen over de chemische en fysische samenstelling van de planeetvormende schijven.”
Andere stofschijven
Het team van sterrenkundigen heeft de smaak te pakken. Want ondertussen zijn ze alweer ruim dertig andere stofschijven rond jonge sterren aan het analyseren. En later dit jaar komen daar nog eens twintig bij. De verwachting is dat deze analyses zullen leiden tot de ontdekking van andere moleculen. Bovendien hopen de onderzoekers dankzij deze waarnemingen meer kennis op te doen over het ontstaan van rotsachtige planeten rond kleine, maar ook rond grotere sterren, die twee tot drie zonmassa’s wegen.
Al met al hopen de onderzoekers met hun studie meer geheimen van de stofschijven van sterren, maar ook van de aarde, te ontrafelen. “Dit werk is pas een eerste glimp van de fysische en chemische omstandigheden waarin aardachtige planeten zoals onze aarde worden gevormd,” zegt onderzoeksleider Benoît Tabone. Het team verwacht in toekomstig onderzoek nog veel meer moleculen te ontdekken, hetzij in de schijf van J160532 of in andere schijven. “Webb is een speeltuin,” zegt co-auteur Aditya Arabhavi, promovendus aan de Rijksuniversiteit Groningen. “Niet alleen voor astronomen, maar ook voor experts in de moleculaire fysica.”
