Nieuwe doorbraak dankzij Webb: telescoop onthult hoe planeten ontstaan

Voor een lange tijd werd gesuggereerd dat ijzige ‘kiezelsteentjes’ in de koude buitenste regionen van protoplanetaire schijven de basis vormen voor het ontstaan van planeten. En nu is die theorie eindelijk bevestigd.

Hoe zien planeten het levenslicht? Het is een prangende vraag waar astronomen al enige tijd het hoofd over breken. Gelukkig hebben wetenschappers inmiddels een toonaangevende theorie ontwikkeld om deze kwestie te verklaren. Al bleef het tot voor kort enkel bij een theorie. Nu heeft de ruimtetelescoop James Webb dit proces in actie gezien, waardoor we eindelijk zeker weten hoe planeten worden geboren.

De theorie
Al geruime tijd suggereren theorieën dat ijsachtige ‘kiezelsteentjes’ in de koude buitenste delen van protoplanetaire schijven (dezelfde regio waar kometen in ons zonnestelsel worden gevormd), de essentiële bouwstenen zijn voor de vorming van planeten. Volgens de gedachtegang drijven deze ijsachtige deeltjes vanuit de koude, buitenste gebieden van de schijf naar de pasgeboren ster. De theorie stelt dat wanneer deze kiezels het warmere gebied dichter bij de ster binnendringen, ze aanzienlijke hoeveelheden koude waterdamp zouden vrijgeven, waardoor zowel water als vaste stoffen worden afgeleverd aan zich ontwikkelende planeten.

James Webb
Waar het met name om gaat, is dat de theorie voorspelt dat ijsachtige kiezels bij het betreden van het warmere gebied (waar ijs overgaat in damp) aanzienlijke hoeveelheden koude waterdamp moeten vrijgeven. En dat is precies wat de Webb-telescoop nu heeft waargenomen. Door waterdamp in protoplanetaire schijven te observeren, bevestigde Webb dat ijzige deeltjes vanuit de buitenste delen van protoplanetaire schijven naar de rotsachtige planeetzone drijven. Een doorbraak. “Webb heeft nu eindelijk laten zien hoe waterdamp in de binnenste schijf samenhangt met het afdrijven van ijsachtige kiezels uit de buitenste schijf,” zegt onderzoeksleider Andrea Banzatti. “Dit opent opwindende mogelijkheden voor het bestuderen van de vorming van rotsachtige planeten met behulp van Webb.”

Studie
De onderzoekers komen tot deze ontdekking nadat ze met behulp van Webb’s MIRI (het Mid-Infrarood Instrument) vier schijven – twee compacte en twee uitgebreide – rond zonachtige sterren bestudeerden. Deze vier sterren worden allemaal geschat op een leeftijd tussen de twee en drie miljoen jaar, wat in kosmische termen als pasgeboren wordt beschouwd.

Het doel van de Webb-waarnemingen was om te zien of de compacte schijven meer water in hun binnenste, rotsachtige deel hebben. Dit zou gebeuren als de kiezels op een efficiëntere manier worden afgeleverd, met veel massa en water. Het team gebruikte MIRI’s MRS (Medium-Resolutie Spectrometer) omdat dit instrument goed is in het detecteren van waterdamp.

Bevestigd
De resultaten bevestigden wat werd verwacht. Zo vonden de onderzoekers inderdaad een overschot aan koud water in de compacte schijven. “Nu is het eindelijk duidelijk dat er een overschot is aan kouder water,” zegt Banzatti. “Dit is buitengewoon en volledig te danken aan de verbeterde nauwkeurigheid van Webb.”

Dankzij de studie, gepubliceerd in het vakblad Astrophysical Journal Letters, weten we nu dus eindelijk zeker hoe planeten ontstaan. “In het verleden hadden we een zeer statisch beeld van planeetvorming, bijna alsof er geïsoleerde zones waren waar planeten uit werden gevormd,” zegt onderzoeker Colette Salyk. “Nu hebben we eindelijk bewijs dat deze zones met elkaar interageren. En iets soortgelijks is waarschijnlijk ook in ons eigen zonnestelsel gebeurd.”