Hoe ontstaat een planeet? James Webb-telescoop bevestigt vermoedens

Beeld: Artist’s impression van twee protoplanetaire schijven: een compacte (links) en een wijdere met leemtes. Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Wetenschappers die gebruik maken van de Webb-ruimtetelescoop hebben een baanbrekende ontdekking gedaan over hoe planeten ontstaan. Door waterdamp in zogeheten protoplanetaire schijven te observeren, bevestigde¹ Webb een fysisch proces waarbij in ijs gehulde vaste stoffen van de buitenste regionen van de schijf naar de zone van de rotsachtige planeten migreren.

Al geruime tijd bestaat het vermoeden dat ijzige steentjes die zich in de koudste zone van een protoplanetaire schijf vormen – hetzelfde gebied waar de kometen in ons zonnestelsel ontstaan – de cruciale ’groeikernen’ van het planeetvormingsproces zijn. De belangrijkste vereiste van deze theorie is dat de steentjes door de wrijving met het gas in de schijf naar de centrale ster toe worden gedreven en de planeten op die manier van zowel vaste stoffen als water voorzien.

De theorie voorspelt dat wanneer de ijzige steentjes binnen de zogeheten ‘sneeuwgrens’ rond de ster belanden – de plek waar ijs overgaat in damp – ze grote hoeveelheden koude waterdamp moeten vrijgeven. En dit is precies wat nu met MIRI – de midden-infraroodcamera van Webb – is waargenomen.

Piepjonge sterren

Astronomen hebben met MIRI vier protoplanetaire schijven – twee compacte en twee wijde – rond vier zonachtige sterren onderzocht. Al deze sterren zijn naar schatting tussen de 2 en 3 miljoen jaar oud – piepjong naar kosmische maatstaven.

De verwachting is dat in de compacte schijven een sterke migratie van steentjes optreedt, die worden ‘afgeleverd’ op een afstand die vergelijkbaar is met die van de omloopbaan van de planeet Neptunus in ons eigen zonnestelsel. In de wijde schijven verzamelen de steentjes zich in meerdere ringen op maximaal zes keer zo grote afstand van de ster.

De Webb-waarnemingen hadden tot doel om vast te stellen of de zone van de rotsachtige planeten in compacte schijven in vergelijking met wijde schijven meer water bevat, zoals wordt verwacht bij een efficiënte binnenwaartse migratie van steentjes. De Webb-waarnemingen hebben dat nu bevestigd.

Noten

1. Astrophysical Journal Letters, 8 november