De ruimtetelescoop James Webb heeft voor het eerst moleculen waargenomen in een schijf rond een planeet die nog aan het groeien is. Het materiaal in de schijf dient als een soort voorraadkamer waar misschien manen uit kunnen ontstaan, net zoals de manen rond Jupiter dat ooit deden.
Over hoe manen rond planeten ontstaan, bestaan de nodige theorieën. Maar er is veel nog niet duidelijk, zoals welke bouwstenen er overblijven nadat een planeet (bijna) gevormd is waaruit manen kunnen ontstaan. CT Cha b, de planeet die Webb onderzocht, is zo’n planeet die zich in de laatste fase van zijn vorming bevindt. Het is een ware kolos: CT Cha b heeft een massa van 14 tot 24 keer die van Jupiter. Ze draait extreem ver rond haar ster, op een afstand van zo’n 76 miljard kilometer. Dat is 500 keer zo ver als de aarde van de zon staat.
Rond zulke grote objecten vormt zich tijdens hun groei meestal een schijf van gas en stof. Dit noemt men een circumplanetaire schijf. Uit zo’n schijf kan de planeet verder groeien of kunnen er satellieten zoals manen ontstaan.
Koolstofrijke omgeving
Met een speciaal instrument op James Webb, de Medium-Resolution Spectrograph, ontdekten onderzoekers zeven verschillende moleculen met koolstof in deze schijf. Het gaat om ethaan, acetyleen, waterstofcyanide, benzeen, koolstofdioxide, propadieen en diacethyleen. Ze zagen ook een variant van een van die moleculen met een speciale koolstofisotoop. Dit wijst op een omgeving die heel rijk is aan koolstof, met meer koolstof dan zuurstof.
Bij andere grote gasplaneten die rechtstreeks zijn waargenomen, is de atmosfeer juist rijker aan zuurstof. Nog interessanter: de schijf rond de ster zelf, CT Cha A, bevat helemaal geen koolstofmoleculen, maar alleen zuurstofhoudende stoffen zoals waterdamp en hydroxyl. Beide schijven zijn waarschijnlijk uit hetzelfde oorspronkelijke materiaal ontstaan, maar in slechts 1,6 miljoen jaar hebben ze dus totaal verschillende chemische samenstellingen ontwikkeld. Dat is een oogwenk op kosmische schalen.
Een patroon bij kleinere hemellichamen
Deze koolstofrijke samenstelling past in een trend die Webb al eerder zag: schijven rond minder heldere objecten, zoals bruine dwergen of objecten met een massa van een planeet, zijn vaak koolstofrijker dan schijven rond sterren zoals onze zon. CT Cha b breidt dit patroon nu uit naar nog grotere planeetachtige objecten.
Er zijn verschillende ideeën over waarom dit gebeurt. Misschien zakken zuurstofrijke ijsdeeltjes snel naar binnen en worden ze door de planeet opgeslokt, waardoor vooral koolstof achterblijft. Of de waarnemingen kijken naar diepere, koelere lagen van de schijf waar meer koolstof zit. Het kan ook komen doordat koolstofrijke stofdeeltjes kapotgaan, waardoor er meer koolstof in gasvorm vrijkomt.
Eerste inkijk in materiaal voor manen
Voor het eerst kunnen wetenschappers dus rechtstreeks kijken naar de chemische ingrediënten van materiaal waaruit manen kunnen ontstaan. Dit kan hen hopelijk meer leren over de processen die in ons eigen zonnestelsel hebben geleid tot het ontstaan van manen zoals Europa, die rijk is aan water, en Titan, die vol koolstof zit. Webb heeft inmiddels alle bekende schijven rond zulke planeetachtige objecten bekeken die bereikbaar zijn met zijn MIRI-instrument. Dat levert straks gegevens op over negen objecten, genoeg om te zien of er patronen zijn en hoe CT Cha b zich verhoudt tot de rest.
