De James Webb-ruimtetelescoop van NASA heeft de eerste directe metingen verricht van de chemische en fysische eigenschappen van een potentiële maanvormende schijf die een grote exoplaneet omringt. De koolstofrijke schijf rond de wereld genaamd CT Cha b, die zich op 625 lichtjaar van de aarde bevindt, is mogelijk een bouwplaats voor manen, hoewel er in de gegevens van Webb geen manen zijn gedetecteerd.
De jonge ster waar de planeet omheen draait, is slechts 2 miljoen jaar oud en neemt nog steeds circumstellair materiaal op. De door Webb ontdekte circumplanetaire schijf maakt echter geen deel uit van de grotere accretieschijf rond de centrale ster. De twee objecten liggen 46 miljard mijl uit elkaar. Het observeren van de vorming van planeten en manen is van fundamenteel belang om de evolutie van planetaire systemen in ons melkwegstelsel te begrijpen. Er zijn waarschijnlijk meer manen dan planeten, en sommige zouden wel eens leefomgevingen kunnen zijn voor leven zoals wij dat kennen. Maar we komen nu pas in een tijdperk waarin we getuige kunnen zijn van hun vorming.
Deze ontdekking bevordert een beter begrip van de vorming van planeten en manen, zeggen onderzoekers. De gegevens van Webb zijn van onschatbare waarde om vergelijkingen te maken met het ontstaan van ons zonnestelsel meer dan 4 miljard jaar geleden. “We zien bewijs van de schijf rond de begeleider en we kunnen voor het eerst de chemie bestuderen. We zijn niet alleen getuige van de vorming van de maan, maar ook van de vorming van deze planeet”, aldus co-hoofdauteur Sierra Grant van het Carnegie Institution for Science in Washington. “We zien welk materiaal zich ophoopt om de planeet en manen te vormen”, voegt hoofdauteur Gabriele Cugno van de Universiteit van Zürich en lid van het National Center of Competence in Research PlanetS toe.
Sterrenlicht ontleden
Infraroodwaarnemingen van CT Cha b werden uitgevoerd met Webb's MIRI (Mid-Infrared Instrument) met behulp van zijn spectrograaf met gemiddelde resolutie. Een eerste blik op Webb's archiefgegevens bracht tekenen van moleculen in de circumplanetaire schijf aan het licht, wat aanleiding gaf tot een grondiger onderzoek van de gegevens. Omdat het zwakke signaal van de planeet verborgen ligt in de schittering van de moederster, moesten de onderzoekers het licht van de ster en de planeet van elkaar scheiden met behulp van contrastrijke methoden. “We zagen moleculen op de locatie van de planeet en wisten dus dat er iets te vinden was dat de moeite waard was om een jaar lang uit de gegevens te halen. Het vergde echt veel doorzettingsvermogen”, aldus Grant. Uiteindelijk ontdekte het team zeven koolstofhoudende moleculen in de schijf van de planeet, waaronder acetyleen (C2H2) en benzeen (C6H6). Deze koolstofrijke chemie staat in schril contrast met de chemie in de schijf rond de moederster, waar de onderzoekers wel water maar geen koolstof aantroffen. Het verschil tussen de twee schijven levert bewijs voor hun snelle chemische evolutie in slechts iets meer dan 2 miljoen jaar.
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Gabriele Cugno (University of Zürich, NCCR PlanetS),
Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)
Het ontstaan van manen
Er wordt al lang verondersteld dat een circumplanetaire schijf de geboorteplaats is van de vier grote manen van Jupiter. Deze Galileïsche satellieten moeten miljarden jaren geleden uit zo'n afgeplatte schijf zijn ontstaan, zoals blijkt uit hun coplanaire banen rond Jupiter. De twee buitenste Galileïsche manen, Ganymedes en Callisto, bestaan voor 50% uit waterijs. Maar ze hebben vermoedelijk een rotsachtige kern, mogelijk van koolstof of silicium. “We willen meer te weten komen over hoe ons zonnestelsel manen heeft gevormd. Dat betekent dat we moeten kijken naar andere systemen die nog in ontwikkeling zijn. We proberen te begrijpen hoe het allemaal werkt”, aldus Cugno. "Hoe zijn deze manen ontstaan? Wat zijn hun ingrediënten? Welke fysische processen spelen een rol, en op welke tijdschalen? Met Webb kunnen we voor het eerst getuige zijn van het drama van de maanvorming en deze vragen observationeel onderzoeken."
Het komende jaar zal het team Webb gebruiken om een uitgebreid onderzoek uit te voeren naar soortgelijke objecten, om zo meer inzicht te krijgen in de diversiteit van de fysische en chemische eigenschappen in de schijven rond jonge planeten. De James Webb-ruimtetelescoop is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries in ons zonnestelsel op, kijkt verder dan verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma onder leiding van NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency).
Bron: NASA
