(Main) eine Abbildung des Sternsystems Beta Pictoris (Inset) eine Grafik, die die Entdeckung einer Asteroidenkollision in Beta Pictoris durch das JWST anzeigt (Bildnachweis: NASA/FUSE/Lynette Cook)
Das James Webb Space Telescope (JWST) hat Hinweise auf die Kollision von Asteroiden in einem benachbarten Sternensystem beobachtet. Der durch die Kollision aufgewirbelte Staub hat eine Masse, die etwa 100.000 Mal so groß ist wie die des Asteroiden, der die Dinosaurier getötet hat.
Die Asteroiden krachten in Beta Pictoris zusammen, einem Sternensystem, das etwa 63,4 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt ist. Dieses Sternsystem ist für seine relative Jugend bekannt; es ist nur etwa 20 bis 25 Millionen Jahre alt, was es im Vergleich zu unserem 4,6 Milliarden Jahre alten Sonnensystem zu einem himmlischen Kleinkind macht. Die Tatsache, dass sich Beta Pictoris noch in der frühen Phase der Planetenbildung befindet, bedeutet, dass die JWST-Beobachtung von kollidierenden Asteroiden in diesem Sternsystem ein Licht auf die flüchtigen Prozesse werfen könnte, die Nachbarschaften wie das Sonnensystem in ihren Kinderschuhen geformt haben.
„Beta Pictoris befindet sich in einem Alter, in dem die Planetenbildung in der Zone der terrestrischen Planeten durch Kollisionen mit riesigen Asteroiden noch im Gange ist. Was wir hier also sehen könnten, ist im Grunde die Entstehung von Gesteinsplaneten und anderen Körpern in Echtzeit“, sagte die Leiterin des Teams, Christine Chen, eine Astronomin der Johns Hopkins University, in einer Erklärung.
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Wie das JWST Veränderungen um Beta Pictoris sah
Trotz der relativen Nähe ist die Entfernung zwischen dem Sonnensystem und Beta Pictoris groß genug, um die direkte Beobachtung von Asteroiden, die dort kollidieren, unglaublich schwierig zu machen. Außerhalb der Entfernung müsste man eine Kollision inmitten des staubigen Torus aus Gas und Staub um den jungen Stern von Beta Pictoris, der sogenannten „protoplanetaren Scheibe“, beobachten.
Um diese Entdeckung zu machen, verglichen Chen und Kollegen neue Daten des JWST mit Beobachtungen, die vom Spitzer-Weltraumteleskop zwischen 2004 und 2005 gesammelt wurden. Dabei wurden signifikante Veränderungen in den Energiesignaturen der Staubkörner um Beta Pictoris festgestellt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Wärmeabstrahlung von Mineralien lag, die häufig in der Umgebung junger Sterne und auch auf der Erde zu finden sind. Sie werden „kristalline Silikate“ genannt.
Die detaillierten Messungen des JWST ermöglichten es dem Team, in der Region von Beta Pictoris, die zuvor von Spitzer untersucht wurde, nach Staubpartikeln zu suchen. Sie fanden keine Spur von Partikeln, die Spitzer vor zwei Jahrzehnten gesehen hatte. Dies deutet darauf hin, dass eine katastrophale Kollision zwischen Asteroiden oder anderen Objekten um Beta Pictoris vor etwa 20 Jahren stattgefunden hat. Ein solcher Zusammenstoß hätte diese Körper pulverisiert und sie in einen Schauer von Partikeln verwandelt, die so fein wie Puderzucker waren.
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„Wir glauben, dass all dieser Staub das ist, was wir ursprünglich in den Spitzer-Daten von 2004 und 2005 gesehen haben“, sagte Chen. „Mit den neuen Daten des JWST ist die beste Erklärung, die wir haben, dass wir in der Tat Zeuge der Nachwirkungen eines seltenen, kataklysmischen Ereignisses zwischen großen Körpern von Asteroidengröße geworden sind, was unser Verständnis dieses Sternsystems völlig verändert hat.“
Staub von Asteroidenkollisionen ist auf den JWST-Bildern nicht zu sehen, da die Strahlung des Sterns Beta Pictoris solche Partikel inzwischen zerstreut hat. Die von Spitzer vor 20 Jahren beobachteten Emissionen standen am Anfang dieses Prozesses, als der Staub durch die stellare Strahlung erhitzt wurde und thermische Energie abgab. Mit der Entfernung vom Zentralstern hat sich der Staub auch abgekühlt, so dass die thermische Emission nicht mehr auftritt.
Daten, die vom JWST und dem Spitzer-Weltraumteleskop gesammelt wurden und auf Kollisionen zwischen Asteroiden in Beta Pictoris hinweisen (Bildnachweis: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University)Bei den
Spitzer-Beobachtungen der Region war man bisher davon ausgegangen, dass kleine Körper in der Umgebung von Beta Pictoris zermahlen werden und den Staub im Laufe der Zeit immer wieder auffüllen. Die JWST-Daten deuten jedoch darauf hin, dass dieser Staub nicht durch das Wegschleudern des Zentralsterns erneuert wird.
Die relative Nähe von Beta Pictoris, von dem bekannt ist, dass er zwei junge Exoplaneten beherbergt, und seine Jugend haben dieses Planetensystem zu einem vorrangigen Ziel für Astronomen gemacht, die versuchen, die Prozesse zu verstehen, die die Planetenbildung bestimmen.
„Die Frage, die wir zu kontextualisieren versuchen, ist, ob dieser ganze Prozess der Bildung von Erd- und Riesenplaneten häufig oder selten ist, und die noch grundlegendere Frage: Sind Planetensysteme wie das Sonnensystem so selten?“, sagte Teammitglied Kadin Worthen, ein Doktorand der Astrophysik an der Johns Hopkins University, in der Erklärung. „Wir versuchen im Grunde zu verstehen, wie seltsam oder durchschnittlich wir sind.“
Diese neue Forschungsarbeit unterstreicht die Fähigkeit des JWST, die Feinheiten von Planetensystemen und extrasolaren Planeten, oder „Exoplaneten“, zu untersuchen. Das 10 Milliarden Dollar teure Weltraumteleskop könnte dazu beitragen zu erklären, warum sich Planetensysteme manchmal wie das Sonnensystem bilden und manchmal unterschiedliche Morphologien annehmen.
Das JWST könnte Astronomen auch dabei helfen, herauszufinden, wie sich frühe Turbulenzen um Sterne auf die Atmosphären, den Wassergehalt und andere wichtige Aspekte der Bewohnbarkeit ihrer Planeten auswirken.
„Die meisten Entdeckungen des JWST beruhen auf Dingen, die das Teleskop direkt entdeckt hat“, sagte Cicero Lu, ein ehemaliger Johns Hopkins Doktorand in Astrophysik, in der Erklärung. „In diesem Fall ist die Geschichte ein wenig anders, weil unsere Ergebnisse von Dingen stammen, die JWST nicht gesehen hat.“
Das Team stellte seine Ergebnisse am Montag (10. Juni) auf der 244. Tagung der American Astronomical Society in Madison, Wisconsin, vor.
