Voor het eerst benzeen gevonden in een planeetvormende schijf rond een ster
Een internationaal team van astronomen, waaronder verschillende Nederlandse wetenschappers, heeft voor het eerst benzeen (C6H6) gevonden in een planeetvormende schijf van een jonge ster. Naast benzeen zagen ze verschillende andere, kleinere organische moleculen en een paar zuurstofrijke moleculen. De waarnemingen suggereren dat, net als onze Aarde, de rotsachtige planeten die in de schijf ontstaan relatief weinig koolstof bevatten. Het onderzoeksteam heeft de bevindingen in het tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd.
De onderzoekers bestudeerden de jonge, kleine ster J160532 die ongeveer 500 lichtjaar van ons is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Schorpioen. De ster heeft een massa van 1/10de zonsmassa. In de schijven van stof en gas rond dergelijke kleine jonge sterren ontstaan veel rotsachtige planeten zoals onze Aarde. Tot nu toe was het lastig om moleculen in de warmere binnenste deel van deze schijven, waar de meeste planeten ontstaan, te bestuderen. Dit heeft te maken met de beperkte gevoeligheid en spectrale resolutie van oudere waarnemingen.
Voor hun onderzoek maakten de onderzoekers gebruik van de MIRI spectrometer aan boord van de James Webb Space Telescope. MIRI kan door stofwolken kijken en is bijzonder goed geschikt om heet gas in binnenste schijven te meten. De hoofdoptiek van de MIRI spectrometer is ontworpen en gebouwd door de Nederlandse Onderzoekschool Voor Astronomie (NOVA).
Volgens professor Ewine van Dishoeck van de universiteit van Leiden is dit precies de vorm van wetenschap waar MIRI voor is ontworpen. Van Dishoeck was vanaf het begin betrokken bij de bouw van Webb en het MIRI-instrument. De spectra bevatten een rijkdom aan gegevens die ons iets vertellen over de chemische en fysische samenstelling van planeetvormende schijven.
Veel koolstofgas, weinig zuurstof
Naast de allereerste waarneming van benzeen in een planeetvormende schijf zagen de onderzoekers ook voor het eerst di-acetyleen (C4H2) en daarnaast ook een ongewoon grote hoeveelheid acetyleen (C2H2). Acetyleen is een erg reactieve koolwaterstof. Opvallend is dat er weinig water en koolstofdioxide in de schijf aanwezig is. Deze zuurstofrijke componenten worden vaak aangetroffen in stofschijven. Het identificeren van de moleculen vereiste een nauwe samenwerking met chemische die in laboratoria spectra bepalen; de zogenoemde chemische vingerafdrukken.
De onderzoekers vermoeden dat benzeen en (di)-acetyleen in de schijf vrijkomen na de afbraak van koolstofrijke stofdeeltjes door de actieve jonge ster. De stofdeeltjes die overblijven zouden silicaten bevatten met relatief weinig koolstof. In een latere fase klonteren de koolstofarme korrels samen tot grotere brokken. Deze worden uiteindelijk rotsachtige planeten zoals de Aarde. Dit scenario kan verklaren waarom onze eigen Aarde zo koolstofarm is.
Nog vijftig schijven te gaan
Ondertussen werken de onderzoekers de gegevens uit van meer dan 30 andere stofschijven rond jonger sterren en worden dit jaar gegevens van nog eens 20 schijven verwacht. Daarbij wordt van hen verwacht dat ze andere molecule ontdekken en meer kennis opdoen over de vorming van planeten rond sterren, van de allerkleinste tot sterren die een massa van 2-3 zonsmassa hebben.
Hoofdauteur van het onderzoek, Benoît Tabone( nu onderzoeker aan de Université Paris-Saclay in Frankrijk en voorheen verbonden aan de universiteit Leiden) zegt: “Dit onderzoek is de eerste blik op de fysische en chemische omstandigheden waarin aardse planeten zoals onze Aarde zijn ontstaan.”
Coauteur Aditua Arabhavi, promovendus aan de universiteit van Groningen zegt: “er zullen veel meer moleculen gevonden worden, of in de schijf van J160532 of in andere schijven. De Webb Space Telescope is niet alleen voor astronomen een speeltuin maar ook voor experts in moleculaire natuurkunde.”
Artikel: Benoit Tabone, A rich hydrocarbon chemistry and high C to O ratio in the inner disk around a very low-mass star, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01965-3. www.nature.com/articles/s41550-023-01965-3
Eerste publicatie: 11 mei 2023
Bron: Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA)
