Webb vindt verschillende moleculen in extreem bestraalde protoplanetaire schijf
Astronomen hebben met behulp van de Webb-ruimtetelescoop water, koolmonoxide, kooldioxide, waterstofcyanide en acetyleen gedetecteerd in de binnenste paar Astronomische Eenheden van XUE1, een sterk bestraalde protoplanetaire schijf in de Kreeftnevel. De bevindingen impliceren dat de binnenste gebieden van sterk bestraalde schijven vergelijkbare fysische en chemische omstandigheden kunnen behouden als schijven in stervormingsgebieden met een lage massa, waardoor het bereik van omgevingen met vergelijkbare omstandigheden voor het ontstaan van rotsachtige planeten wordt uitgebreid tot de meest extreme stervormingsgebieden in ons sterrenstelsel.
Protoplanetaire schijven zijn enorme, draaiende wolken van gas, stof en rotsblokken waar planeten ontstaan en evolueren. Deze regio’s zijn representatief voor de omgeving waarin de meeste planetenstelsels zijn ontstaan.
Het begrijpen van de impact van de omgeving op de planeetvorming is belangrijk voor wetenschappers om inzicht te krijgen in de diversiteit van de verschillende soorten exoplaneten.
Protoplanetaire schijven zijn doelwit van het eXtreme Ultraviolet Environments (XUE) James Webb Space Telescope-programma.
Dankzij Webb kunnen astronomen nu het effect bestuderen van UV-straling op de binnenste rotsplaneetvormende gebieden van protoplanetaire schijven rond sterren zoals onze Zon.
Volgens. Dr. Maria Claudia Ramirez-Tannus, astronoom aan het Max Planck Instituut voor Astronomie is Webb de enige telescoop met de ruimtelijke resolutie en gevoeligheid om planeetvormende schijven in massieve stervormingsgebieden te bestuderen.
Dr. Ramirez-Tannus en collega’s probeerden de fysische eigenschappen en chemische samenstelling van de rotsachtige planeetvormende gebieden van 15 protoplanetaire schijven in drie gebieden in de Kreeftnevel te karakteriseren met behulp van de Medium Resolution Spectrometer op het Mid-Infrared Instrument (MIRI) van de Webb.
Ze onderzochten 15 planeetvormende schijven rond jonge sterren met een massa van de Zon, die worden beïnvloed door sterke UV-straling die wordt uitgezonden door talrijke, nabijgelegen massieve sterren.
Deze emissie heeft het potentieel om het planeetvormingsproces te veranderen.
De Kreeftnevel, ook bekend als NGC 6357, is een grote emissienevel op ongeveer 5500 lichtjaar afstand van de Aarde in de richting van het sterrenbeeld Schorpioen.
De nevel is een van de jongste en dichtstbijzijnde massieve stervormingscomplexen en herbergt enkele van de zwaarste sterren in de Melkweg.
Zware sterren zijn heter en zenden daarom meer ultraviolette straling uit. Hierdoor kan het gas worden verspreid waardoor de verwachte levensduur van de schijf slechts een miljoen jaar bedraagt.
Een van de door het team bestudeerde protoplanetaire schijven, XUE 1, bevindt zich in de sterrenhoop Pismis 24.
Binnen de binnenste gebieden van de sterk bestraalde schijf XUE 1 vonden de astronomen moleculen die koolstof en water bevatten. De aanwezigheid van deze moleculen geeft aan dat aardachtige planeten in uiteenlopende omgevingen kunnen ontstaan.
Alleen het MIRI-golflengtebereik en de spectrale resolutie stellen astronomen in staat de moleculaire inventaris en fysieke omstandigheden van het warme gas en stof waar rotsachtige planeten ontstaan, te onderzoeken.
Vanwege de ligging nabij verschillende zware sterren in de Kreeftnevel verwachten astronomen dat XUE 1 gedurende zijn hele leven voortdurend is blootgesteld aan grote hoeveelheden ultraviolette straling.
In deze extreme omgeving heeft het team echter nog steeds een reeks moleculen gedetecteerd die de bouwstenen vormen door aardse planeten. De binnenste schijf van XUE 1 lijkt opmerkelijk veel op die in nabijgelegen sterrenstelsels, aldus de onderzoekekers.
Naast water en koolstof zijn er ook moleculen als koolmonoxide, kooldioxide, waterstofcyanide en acetyleen gedetecteerd. De gevonden emissies waren echter zwakker dan sommige modellen voorspellen en dit zou een kleine buitenschijfradius kunnen impliceren.
De onderzoekers, waaronder verschillende astronomen van de Radboud Universiteit in Nijmegen, waren verrast en opgewonden omdat dit de eerste keer is dat deze moleculen onder deze extreme omstandigheden zijn gedetecteerd.
Het team vond ook klein, gedeeltelijk kristallijn silicaatstof aan het oppervlak van XUE 1. Dit wordt beschouwd als de bouwsteen van rotsachtige planeten.
Volgens Dr. Ramirez-Tannus laat XUE 1 zien dat de omstandigheden om rotsachtige planeten te vormen aanwezig zijn en dat de volgende stap is om te controleren hoe vaak dat voorkomt. Ze willen andere schijven in hetzelfde gebied bestuderen om de frequentie te bepalen waarmee deze omstandigheden kunnen worden waargenomen.
De resultaten zijn in de Astrophysical Journal gepubliceerd.
Artikel: María Claudia Ramírez-Tannus et al. 2023. XUE: Molecular Inventory in the Inner Region of an Extremely Irradiated Protoplanetary Disk. ApJL 958, L30; doi: 10.3847/2041-8213/ad03f8
Eerste publicatie: 2 december 2023
Bron: sci-news
