Hoe ontstaat de vorm en samenstelling van kosmisch stof precies? Een nieuw onderzoek brengt daar eindelijk meer duidelijkheid in. Met de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) keken onderzoekers diep in het hart van NGC 6302, op ongeveer 3400 lichtjaar in het sterrenbeeld Schorpioen. Daar troffen ze zowel rustige zones waar ‘koude’ kristallen groeien als woelige regio’s met heet, amorf stof—binnen één en hetzelfde object.
Kosmisch stof bestaat uit piepkleine deeltjes van mineralen en organisch materiaal, inclusief ingrediënten die in verband worden gebracht met het ontstaan van leven. Meestal is dat stof amorf, met willekeurig georiënteerde atomen, maar soms vormt het prachtige kristallen. “Wetenschappers discussiëren al jaren over hoe kosmisch stof ontstaat,” zegt hoofdonderzoeker Mikako Matsuura. “Met Webb krijgen we nu een duidelijker beeld. We zagen zowel ‘koele edelstenen’ in kalme, langdurige zones als ‘vurige roet’ in snel bewegende, gewelddadige delen van de nevel. Dat is een grote stap in het begrijpen hoe de basismaterialen van planeten samenkomen.” De resultaten zijn gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Torus
De centrale ster van NGC 6302 behoort tot de heetste bekende in een planetaire nevel (circa 220.000 graden Kelvin). Haar energie wordt waarschijnlijk gekanaliseerd door een dichte, donutvormige band van stof en gas: de torus. Nieuwe Webb-data laten zien dat deze torus bestaat uit kristallijne silicaten, vergelijkbaar met kwarts, naast onregelmatig gevormde stofkorrels. Die korrels zijn met groottes rond een miljoenste meter opvallend groot voor kosmisch stof, wat wijst op langdurige aangroei.
Buiten de torus tekent het gas een gelaagd patroon. Ionen die de meeste energie nodig hebben om te ontstaan, zitten dicht bij het centrum; soorten die met minder energie volstaan, liggen verder weg. IJzer en nikkel zijn daarbij extra interessant: zij volgen een paar tegenovergestelde jets die vanuit de ster naar buiten schieten. Intrigerend is ook de detectie van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), platte, ringachtige koolstofmoleculen die we op aarde onder meer kennen uit kampvuurrook, uitlaatgassen of verbrand brood. Gezien hun locatie vermoedt het team dat PAK’s hier ontstaan wanneer een ‘windbel’ van de centrale ster in het omringende gas barst. Dit zou wel eens het eerste bewijs kunnen zijn dat PAK’s zich vormen in een zuurstofrijke planetaire nevel.
MIRI
Voor deze studie gebruikte het team Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) in de zogeheten integral field unit-modus (IFU), die een camera en spectrograaf combineert om tegelijk beelden op veel verschillende golflengten vast te leggen. De JWST-waarnemingen zijn aangevuld met gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), voor een nog scherper beeld van wat er in het centrum gebeurt. Zo konden de onderzoekers ook de precieze locatie van de centrale ster aanwijzen: in zichtbaar licht onzichtbaar door omhullend stof, maar in het mid-infrarood herkenbaar als een compacte, heldere bron.
De uitkomsten helpen te verklaren onder welke uiteenlopende omstandigheden de ‘bouwblokken’ van rotsachtige planeten kunnen ontstaan uit gas en stof. Dat brengt ons een stap dichter bij het antwoord op de vraag hoe werelden zoals de aarde beginnen.
De Kevernevel (NGC 6302, ook wel Vlindernevel) is een bipolaire planetaire nevel. Planetaire nevels ontstaan wanneer sterren van ongeveer 0,8–8 zonsmassa’s op het einde van hun leven hun buitenlagen afstoten; deze fase duurt slechts zo’n 20.000 jaar en heeft niets met planeten te maken—de naam is historisch gegroeid doordat astronomen in eerste instantie dachten dat ze vooral rond waren en daarmee op planeten leken. De Kevernevel toont twee ‘vleugels’ en een donkere band van stoffig gas: de donutvormige torus die de centrale ster aan het zicht onttrekt en de uitstroom richting geeft. Hubble fotografeerde de Kevernevel al eerder.
