Hubble-Aufnahme des Orionnebels und eine Vergrößerung der protoplanetaren Scheibe d203-506, aufgenommen mit dem James Webb Space Telescope (Bildnachweis: NASA/STScI/Rice Univ./C.O’Dell et al / O. Berné, I. Schrotter, PDRs4All)
Astronomen haben das James Webb Weltraumteleskop eingesetzt, um eine stellare Kinderstube voller junger Sterne im Orionnebel zu untersuchen. Die Untersuchung hat dazu beigetragen, die Auswirkungen der Strahlung massereicher Sterne auf die Planetenbildung aufzudecken.
Der Orionnebel ist ein massiver Komplex aus Gas und Staub, der die Bausteine für neue Sterne bildet. Tatsächlich ist er die der Erde am nächsten gelegene Sternentstehungsregion. Dieses stellare Vorläufermaterial kann jedoch auch Licht absorbieren und wirkt so als Schutzschild für neugeborene, postnatale Sterne. Das macht es den Wissenschaftlern schwer, diese Baby-Sterne von unserem Blickwinkel auf der Erde aus zu sehen. Das Licht, das die Körper aussenden, wird effektiv verborgen. Glücklicherweise ist das Material jedoch weniger wirksam bei der Abschirmung von niederenergetischem und langwelligem Licht: Infrarotlicht.
Das bedeutet, dass das infrarotempfindliche und leistungsstarke JWST den Astronomen erlaubt, durch die Wolken des Orionnebels zu blicken, sogar aus einer Entfernung von etwa 1.400 Lichtjahren. Und mit den neuen Forschungsergebnissen des Teams wurde eine Scheibe aus Material namens d203-506 ins Visier genommen. Es handelt sich um eine Scheibe, in der sich derzeit Planeten bilden. Bei näherer Betrachtung stellten die Forscher fest, dass die so genannte protoplanetare Scheibe möglicherweise nicht in der Lage ist, einige Planeten zu bilden. Sie vermuten, dass dies auf das Wirken anderer Sterne zurückzuführen ist.
Die vorliegende protoplanetare Scheibe umgibt einen kleinen roten Zwergstern, der vermutlich weniger als 1 Million Jahre alt ist und höchstens etwa 10 % der Sonnenmasse hat. Das heißt, der Stern ist relativ jung und relativ kühl. Doch d203-506 wird nicht nur von seinem eigenen Zentralstern nur schwach bestrahlt, sondern auch von der harten, hochenergetischen ultravioletten Strahlung, die von massereichen jungen Sternen in seiner Umgebung ausgeht.
„Massive Sterne, die zehnmal so groß wie die Sonne sind, leuchten 100.000-mal stärker als die Sonne und werfen daher eine starke UV-Strahlung auf die Scheiben um sonnenähnliche Sterne in der Nähe“, erklärt Olivier Berné, Teamleiter und Forscher am Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, gegenüber kosmischeweiten.de. „Diese Strahlung heizt das Gas auf, das dann aus der Scheibe entweicht, aus der sich die Planeten bilden sollen, ein Prozess, den wir ‚Fotoverdampfung‘ nennen. Daher kann ihre Wirkung die Bildung von Planeten unterdrücken.“
Einigen Sternen fällt es schwerer, Masse abzustoßen
Ein Hauptergebnis der Forschung des Teams war die Entdeckung, dass dem Planetensystem, das aus der Scheibe d203-506 hervorgeht, ein Analogon zu Jupiter, der größten Welt unseres Sonnensystems, fehlen wird.
Das liegt daran, dass die intensive UV-Strahlung die Bildung eines solchen Gasriesen wahrscheinlich unterdrücken wird.
„Dank der Beobachtungen im Infraroten mit JWST konnten wir die Geschwindigkeit, mit der das Gas entweicht, messen“, so Berné. „Wir fanden heraus, dass die Scheibe in d203-506 etwa eine Erdmasse pro Jahr verliert. Das ist eine Menge Massenverlust!“
Diese Untersuchung war notwendig, weil massereiche Sterne, die protoplanetare Scheiben mit Strahlung bombardieren, ironischerweise nicht immer dazu führen, dass die Planetenbildung unterdrückt wird. „Wir glauben, dass sich das Sonnensystem in einer ähnlichen Umgebung wie Orion gebildet hat. Die Beobachtung von Systemen wie d203-506 ist also eine Möglichkeit, in die Vergangenheit zu reisen“, sagte Berné.
Das wirft jedoch die Frage auf, warum das Sonnensystem in der Lage war, Jupiter zu bilden, d203-506 aber nicht.
Jupiter ist der massivste Planet des Sonnensystems. Einige Sterne könnten Schwierigkeiten haben, einen solchen Gasriesen zu gebären. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)
„Ein wichtiger Parameter ist die Masse des Sterns, um den sich Planeten bilden können“, so Berné. „Der Stern d203-506 ist fünf- bis zehnmal weniger massereich als unsere Sonne. Daher hat er ein schwaches Gravitationsfeld, was bedeutet, dass seine Scheibe der Photoverdampfung nicht gut widerstehen kann. Ein Stern wie die Sonne hat ein größeres Gravitationsfeld, so dass er der Fotoverdampfung besser widerstehen könnte.“
Das Team, das hinter dieser Entdeckung steht, wurde erstmals auf die protoplanetare Scheibe d203-506 aufmerksam, nachdem sie mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Nordchile beobachtet worden war.
„Es war ein bisschen ein Glücksfall. Dieses Objekt wurde bereits mit Hubble gesehen, aber es war sehr schwach. Bei einigen früheren Beobachtungen mit ALMA sahen wir jedoch, dass es recht hell war, also haben wir es mit ALMA herangezoomt. Unsere ALMA-Daten waren auch sehr gut, also dachten wir, wir sollten es mit JWST beobachten“, so Berné. „Das JWST lieferte viele Überraschungen, eine der größten war, wie reichhaltig die Spektren waren, die wir erhielten.
„Die Daten enthalten eine unglaubliche Menge an Informationen; es ist bereits ein Jahr her, dass wir sie erhalten haben, aber wir haben wahrscheinlich nur 10% der nützlichen Informationen genutzt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams werden in der Ausgabe vom 1. März in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
