Jaren geleden ontdekte de Spitzer-ruimtetelescoop een grote hoeveelheid ultraviolette straling rond de ster SZ Cha. Maar James Webb kan daar vandaag de dag niets meer van vinden. Wat is hier gebeurd?
In 2008 stuitte ruimtetelescoop Spitzer op een unieke protoplanetaire schijf. Deze stoffige gaswolk draaide rond de jonge, zonachtige ster SZ Chamaeleontis (SZ Cha) en werd blootgesteld aan intense ultraviolette straling. Een opmerkelijke ontdekking. Dit was voorheen namelijk alleen in computermodellen waargenomen en nog niet in het werkelijke universum gezien. Maar toen de James Webb-telescoop SZ Cha nader onderzocht, vond deze plotseling geen overmatige hoeveelheid ultraviolette straling meer. Opvallend genoeg waren de omstandigheden in de schijf van SZ Cha binnen een betrekkelijk korte kosmische periode ingrijpend veranderd.
Neon
Wetenschappers gebruiken neon als een soort meetinstrument om te zien hoeveel en wat voor soort straling de schijf rond een ster treft. Toen de Spitzer-telescoop in 2008 naar SZ Cha keek, merkte het iets opvallends op: de neonmetingen waren anders dan bij andere jonge schijven rond vergelijkbare sterren, vooral door de aanwezigheid van neon III. Normaal gesproken komt dit type neon niet veel voor in schijven die worden blootgesteld aan sterke röntgenstraling. Dit betekende dat de krachtige straling in de schijf van SZ Cha afkomstig was van ultraviolet (UV) licht in plaats van röntgenstralen.
Race tegen de klok
Niet alleen was dit uniek in de groep van 50 tot 60 jonge stellaire schijven die de onderzoekers bestudeerden, het verschil tussen UV- en röntgenstraling is ook belangrijk voor hoe lang de schijf en eventuele planeten erin kunnen overleven. “Planetenvorming is in wezen een race tegen de klok,” legt onderzoeker Thanawuth Thanathibodee uit. “Planeten moeten zich in de schijf vormen voordat deze verdampt. In de computermodellen die we gebruiken om deze processen te begrijpen, hebben planeten een miljoen jaar langer de tijd om zich te vormen als de verdamping voornamelijk komt door ultraviolette straling in plaats van röntgenstraling.”
James Webb
Onlangs besloten wetenschappers om de vreemde jonge zonachtige ster wederom aan een inspectie te onderwerpen. En ditmaal met de krachtige James Webb telescoop. Maar tot hun verbazing ontdekten ze iets geks: de ongewone neon III-kenmerken waren bijna verdwenen, wat aangeeft dat de schijf nu voornamelijk werd beïnvloed door röntgenstraling. De verschillen in neonmetingen tussen Spitzer en Webb geven aan dat er een nog niet eerder gezien verschil is in de intense straling die de schijf bereikt. “Zowel de gegevens van Spitzer als van Webb zijn goed,” zegt mede-auteur Ardjan Sturm van de Universiteit Leiden. “Dus we wisten dat wat we in het SZ Cha-systeem observeerden iets nieuws moest zijn. Er was iets belangrijks veranderd in slechts 15 jaar tijd.”
Zonnestelsel
De onderzoekers wilden graag dit mysterie ontrafelen. En niet alleen om de toekomst van dit ene planetaire systeem te achterhalen. Als de schijf nu namelijk wordt gebombardeerd door röntgenstraling, betekent dit dat de schijf sneller verdampt en er minder tijd is voor planeten om zich te vormen. Maar het SZ Cha-systeem kan ook het één en ander onthullen over ons eigen zonnestelsel. “SZ Cha is een T Tauri-ster, net als onze zon zo’n 4,5 miljard jaar geleden was,” zegt astronoom Catherine Espaillat, die zowel de Spitzer-waarnemingen uit 2008 als de nieuw gepubliceerde Webb-studie leidde. “De bouwstenen voor de aarde, en uiteindelijk voor het ontstaan van leven, waren aanwezig in de schijf van materiaal rond de zon nadat deze was gevormd. Daarom is het bestuderen van SZ Cha en andere jonge systemen de beste manier om zo dicht mogelijk bij het verleden te komen en te begrijpen hoe ons eigen verhaal begon.”
Verklaring
Het onderzoeksteam denkt dat de verschillen in neon in het SZ Cha-systeem te wijten zijn aan een wisselende wind. Als deze wind aanwezig is, absorbeert het UV-licht en laat het röntgenstralen achter die de schijf bombarderen. Winden zijn gebruikelijk in een systeem met een nieuw gevormde, energieke ster. Maar het is mogelijk om het systeem te observeren tijdens een rustige periode zonder wind. En dat is waarschijnlijk precies wat Spitzer toevallig deed.
Vervolgonderzoek
Het team onder leiding van Espaillat is van plan om SZ Cha met behulp van Webb en andere telescopen nog grondiger te bestuderen, in de hoop al haar geheimen te ontraadselen. “Het zal belangrijk zijn om SZ Cha en andere jonge systemen in meerdere golflengten van licht – zoals röntgen- en zichtbaar licht – te bestuderen,” benadrukt onderzoeker Caeley Pittman. “Alleen zo kunnen we de ware aard van de variabiliteit die we hebben ontdekt, duiden. Het zou kunnen dat korte, rustige periodes waarin extreme UV-straling overheerst, veel voorkomen in veel jonge planetaire systemen. Maar tot nu toe zijn we er misschien nog niet in geslaagd om dat te ontdekken.”
Onderzoek naar SZ Cha en vergelijkbare sterren gaat dus door. “Nogmaals toont het universum aan dat geen van zijn processen zo simpel zijn als we zouden willen,” concludeert Espaillat. “We moeten opnieuw nadenken, opnieuw observeren en meer gegevens verzamelen.”