In hun zoektocht om de vele mysteries van het universum te begrijpen, zoeken astronomen naar potentieel biljoenen ongrijpbare ruimtevoorwerpen die schurkenwerelden worden genoemd. Deze stellaire objecten vervagen de grenzen tussen planeet en ster – om de kosmische processen die beide vormen beter te begrijpen.
Een team van astronomen die gebruik maken van de James Webb Space Telescope (JWST) heeft onlangs zes nieuwe schurkenwerelden in de jonge nevel ontdekt. De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoek dat op 27 augustus werd gepubliceerd Het astronomisch tijdschrift en geven aan dat schurkenwerelden kunnen helpen bij het creëren van hemellichamen die zelfs groter zijn dan de planeet Jupiter. Deze nieuw ontdekte werelden kunnen zelfs gasreuzen zijn die vijf tot tien keer zo groot zijn als de grootste planeet van ons zonnestelsel.
[Related: Space probably has way more ‘rogue planets’ than we thought.]
“We onderzoeken de grenzen van het stervormingsproces”, zei co-auteur en astrofysicus van de Johns Hopkins Universiteit, Adam Langeveld, in een verklaring. ‘Als je een object hebt dat op een jonge Jupiter lijkt, is het dan mogelijk dat het onder de juiste omstandigheden een ster had kunnen worden? Dit is een belangrijke context voor het begrijpen van de vorming van sterren en planeten.”
Wat zijn schurkenwerelden?
Deze vrij zwevende hemellichamen, ook wel schurkenplaneten genoemd, hebben een massa die lijkt op planeten. In tegenstelling tot de planeten zijn ze echter niet gebonden aan de zwaartekracht van de centrale ster, zoals de aarde gebonden is aan de zwaartekracht van de zon. In plaats daarvan werden ze de ruimte in gegooid.
Door hun vorming en grootte lijken ze echter op sterren. De meeste schurkenwerelden worden gevormd uit materiaal dat wordt uitgestoten tijdens de vroege stadia van planeetvorming, wanneer materie vaker botst. Mogelijk hebben ze ook schijven met ruimtestof om zich heen, wat van cruciaal belang is voor de vorming van sterren en planeten. Anderen kunnen voortkomen uit de ineenstorting van moleculaire wolken die niet genoeg massa hebben om de kernfusie te genereren die sterren aandrijft. Zelfs met deze overeenkomsten bevinden ze zich nog steeds op de grens tussen wat als een ster en een planeet wordt beschouwd.
Hoewel er ongeveer 70 tot 170 bekende of vermoedelijke schurkenplaneten zijn, schatten sommige wetenschappers dat er biljoenen in de Melkweg kunnen zijn.
Belangrijk is dat schurkenwerelden classificaties vervagen omdat hun massa overlapt met gasreuzen als Saturnus en Jupiter en bruine dwergsterren. Hoewel schurkenwerelden zeldzaam zijn in ons Melkwegstelsel, laten nieuwe gegevens van JWST zien dat ze ongeveer 10 procent uitmaken van de hemellichamen in de onlangs waargenomen doelsterrenhoop – NGC1333.
Schurkenwerelden in de jonge nevel
Voor het onderzoek gebruikte het team gegevens uit JWST’s diepste onderzoek naar de jonge nevel NGC1333. Deze stervormende cluster bevindt zich op ongeveer 1000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Perseus. Een onlangs vrijgegeven afbeelding van NGC1333 bij het onderzoek toont de nevel die gloeit met dramatische vertoningen van interstellair stof en wolken.
[Related: The Ring Nebula is a glowing gas-filled donut in the latest JWST snap.]
“We hebben de ongekende gevoeligheid van Webb op infrarode golflengten gebruikt om te zoeken naar de zwakste leden van een jonge sterrenhoop, en zo een fundamentele vraag in de astronomie te beantwoorden: hoeveel licht heeft een object nodig om een ster te vormen?” Dat zegt astrofysicus en provoost Ray Jayawardhana van Johns Hopkins in de verklaring. “Het blijkt dat de kleinste vrij zwevende objecten die zich als sterren vormen, qua massa overlappen met gigantische exoplaneten die in een baan om nabijgelegen sterren draaien.”
Bij de waarnemingen heeft het team geen objecten gedetecteerd die kleiner waren dan vijf Jupitermassa’s, hoewel JWST over de gevoeligheid beschikt die nodig is om dergelijke lichamen te detecteren. Dit geeft aan dat stellaire objecten die lichter zijn dan deze drempel een grotere kans hebben zich te vormen op de manier waarop planeten ontstaan, in tegenstelling tot sterren.
“Onze waarnemingen bevestigen dat de natuur op minstens twee verschillende manieren planetaire massa’s produceert – door het samentrekken van wolken van gas en stof, de manier waarop sterren ontstaan, en in schijven van gas en stof rond jonge sterren, zoals Jupiter in ons zonnestelsel doet. ‘ zei Jayawardhana.
Stoffige schijven
De meest intrigerende van deze sterloze objecten was ook de gemakkelijkste. Het heeft een massa die geschat wordt op ongeveer vijf Jupiters, oftewel ongeveer 1.600 aardes, en een stoffige schijf van materiaal in de buurt.
Volgens het onderzoek geeft de aanwezigheid van een schijf aan dat het object mogelijk is gevormd zoals een ster dat doet. Dit soort ruimtestof wervelt over het algemeen rond een centraal object in de vroege stadia van stervorming.
Dergelijke schijven zijn ook een voorwaarde voor de vorming van planeten, en dit kan ook belangrijke implicaties hebben voor de vorming van potentiële “mini”-planeten.
“Die kleine objecten met massa’s die vergelijkbaar zijn met gigantische planeten zouden hun eigen planeten kunnen vormen”, zei co-auteur Alex Scholz, een astrofysicus aan de Universiteit van St. Andrews in Schotland, in een verklaring. “Dit zou een kraamkamer kunnen zijn voor een miniatuurplaneetstelsel, op een schaal die veel kleiner is dan ons eigen zonnestelsel.”
[Related: Astronomers spot an extragalactic star with a disc around it for the first time.]
Met het NIRISS-instrument op JWST hebben astronomen het infraroodlichtprofiel – of spectrum – van elk object in het waargenomen deel van de sterrenhoop gemeten en 19 bekende bruine dwergsterren opnieuw geanalyseerd. Ze vonden ook een nieuwe bruine dwerg met een planetaire massagenoot ernaast. Volgens het team is dit een zeldzame bevinding die een aantal theorieën over de vorming van binaire systemen ter discussie stelt.
‘Het is waarschijnlijk dat zo’n paar zich heeft gevormd op de manier waarop dubbelstersystemen dat doen, door de fragmentatie van de wolk terwijl deze samentrok’, zegt Jayawardhana. “De verscheidenheid aan systemen die de natuur heeft gecreëerd is buitengewoon en dwingt ons onze modellen van ster- en planeetvorming te verfijnen.”
In toekomstige studies is het team van plan de atmosfeer van nog zwakkere objecten te blijven onderzoeken en deze te vergelijken met de atmosfeer van zwaardere bruine dwergen en gasreuzenplaneten. Ze zullen JWST ook gebruiken om soortgelijke objecten met stoffige schijven te bestuderen, om de mogelijkheid te onderzoeken dat deze schijven miniplanetaire systemen vormen die lijken op de vele manen van Jupiter en Saturnus.