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NASAs Webb bietet einen Crashkurs zu planetenerschütternden Kollisionen

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In der frühen Geschichte unseres Sonnensystems vermuten Wissenschaftler, dass ein marsgroßes Objekt namens Theia auf die junge Erde krachte, riesige Mengen Gestein verdampfte und es ins All schleuderte. Ein Teil dieses Materials sammelte sich zum Mond, wo das Artemis-Programm der NASA Menschen zurückbringt, sich auf den Mars vorbereitet und die Zukunft der Weltraumforschung prägt.

Diese vor Länge vergangene, heftige Kollision hat unseren Heimatplaneten neu gestaltet. Astronomen haben das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA genutzt, um eine Klasse junger Sternensysteme zu untersuchen, die Anzeichen ähnlicher Umwälzungen zeigen und Hinweise auf die Energiemenge ihrer Kollisionen liefern. Die Ergebnisse geben Einblicke in die Zusammensetzung und Entwicklung dieser chaotischen Systeme.

Die Ergebnisse des Teams wurden am Donnerstag im The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Die Umgebung um einen Stern verändert sich mit dem Alter, beginnend mit einer jugendlichen, gasreichen protoplanetaren Scheibe, in der sich entstehende Planeten aufhalten können, bevor sie sich zu einer gasarmen Trümmerscheibe entwickelt. Während seiner Missionslaufzeit untersuchte das außer Dienst gestellte NASA-Spitzer-Weltraumteleskop die Trümmerscheibenstufe und entdeckte eine Unterklasse, die als extreme Trümmerscheiben bezeichnet wird. Diese Systeme enthalten ungewöhnlich große Mengen warmen Staubs in der Nähe des Sterns, in einem Bereich, der mit dem Bereich vergleichbar ist, an dem Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem umkreisen. Ein Astronomenteam unter der Leitung von Kate Su vom Space Science Institute in Boulder, Colorado, untersuchte diese faszinierenden Objekte gemeinsam mit Webb.

Entgegen theoretischer Vorhersagen, die darauf hindeuten, dass wir viele extreme Trümmerscheiben beobachten sollten, deuten Beobachtungen darauf hin, dass diese Umgebungen selten sind. Wissenschaftler schätzen, dass nur etwa 1 % der jungen Sterne beobachtbare Signaturen dieser Phase zeigen, basierend auf den bisher gesammelten Daten, einschließlich möglicherweise unseres eigenen Sonnensystems während seiner Entstehung. Trotz ihrer Seltenheit konnte das Team eine Probe von 21 extremen Trümmerscheiben zusammenstellen, darunter fünf aus Spitzers Archivdaten und 16 von Webb, mit 12 neu beobachteten Scheiben und Folgebeobachtungen an vier von Spitzers.

"Das ist das erste Mal, dass wir genug Systeme gesammelt haben, um diese Unterklasse, die wir extreme Trümmerscheiben nennen, wirklich zu verstehen", sagte Su, Hauptautor des Artikels. "Vor Webb hatten wir nur begrenzte Informationen. Wir wussten, dass sie seltsam und sehr anders sind als die typischen kalten Trümmerscheiben, die wir kennen, wie Vega und Fomalhaut. Jetzt, wo wir mehr Daten haben, können wir feststellen, was diese Scheiben für die Planetenentstehung und -entwicklung bedeuten."

Das Team bestätigte, dass extreme Trümmerscheiben drei zentrale Eigenschaften teilen: kleinere Staubkörner als die in protoplanetaren oder klassischen Trümmerscheiben, eine hohe Konzentration von warmem Staub und unregelmäßige Helligkeitsschwankungen, die alle durch mittlere infrarote Spektren von Webb und Spitzer enthüllt wurden.

Um den treibenden Faktor für diese Eigenschaften zu bestimmen, untersuchte das Team die mineralogische Zusammensetzung der Scheiben. Sie stellten fest, dass ihre Probe in siliziumreiche und siliziumarme Scheiben eingeteilt werden kann. Vulkanisches Glas wie Obsidian ist ein Beispiel für siliziumreiches Material auf der Erde, während das siliziumarme mineralische Forsterit an einigen Stränden Hawaiis als grüne Sandkörner erscheint. Die Kategorie einer extremen Trümmerscheibe übermittelt Informationen über die Art der Kollisionen, die das Aufprallmaterial verursachen, und kann helfen, ihre Variabilität in der Infrarothelligkeit zu erklären.

"Allein ihre mittlere Infrarotemission und die schönen spektralen Merkmale mit Webb zu sehen, die es uns ermöglichten, ihre Zusammensetzung zu identifizieren, war für mich das Aufregendste", sagte Agnes Kospal vom Konkoly-Observatorium in Budapest, Ungarn, und Mitautorin der Studie. "Wir haben keine andere Möglichkeit, diese planetaren Embryonen direkt zu untersuchen, weil sie zu klein sind."

Von ihrer Probe ist etwa ein Drittel siliziumreich, was darauf hindeutet, dass diese Scheiben durch hochenergetische Einschläge zwischen marsgroßen Körpern entstehen, bei denen ein erheblicher Teil des Materials verdampft wird. Die restlichen zwei Drittel ihrer Probe sind silikaarm, was darauf hindeutet, dass die Kollisionen auf kleinerem Maßstab stattfinden, wie Beweidung, zwischen mondgroßen Objekten. Siliziumreiche Scheiben kommen nur um Sterne vor, die jünger als 300 Millionen Jahre sind, während siliziumarme Scheiben über ein breites Alter hinweg erhalten bleiben und oft eine größere Helligkeitsvariabilität zeigen. Das Team schlägt vor, dass diese Variabilität durch die schnelle Entwicklung frischer Trümmer durch Bahnänderungen und zusätzliche Einschläge verursacht wird.

Ihre Ergebnisse lassen sich auf unser eigenes Sonnensystem anwenden, das möglicherweise mehr als eine extreme Trümmerscheibenphase erlebt hat.

"Wie felsige Planeten entstanden und riesige Planeten entstanden sind, ist Teil der größeren Geschichte der Entstehung des Sonnensystems. Es ist alles eine Geschichte", sagte Su. "Unsere Arbeit an extremen Trümmerscheiben hilft uns, das große Ganze dessen zusammenzuführen, was wir derzeit verstehen."

Simulationen legen nahe, dass terrestrische Planeten wie die Erde innerhalb der ersten paar hundert Millionen Jahre nach der Entstehung eines Sonnensystems entstehen sollten. Dieser Zeitraum entspricht dem Alter der bisher beobachteten Silika-reichen extremen Trümmerscheiben und entspricht der Schätzung, dass Erde und Mond etwa 100 Millionen Jahre nach Sonnenentstehung entstanden sind, wobei der Mond wahrscheinlich das Ergebnis einer Kollision zwischen der Erde und einem marsgroßen Objekt ist.

Ob unsere Sonne eine siliziumarme Extremscheibenphase durchlaufen hat: Wenn ältere, siliziumarme Scheiben und ihre zufälligen Intervalle der Infrarothelligkeit tatsächlich die orbitale Instabilität widerspiegeln, würde dies im Großen und Ganzen mit der Late Heavy Bombardment-Hypothese für unser Sonnensystem übereinstimmen. In diesem Szenario wanderten die Gasriesenplaneten erhebliche Entfernungen, störten die Bahnen kleinerer Körper gravitationell und lösten katastrophale Kollisionen aus, die die kurzlebigen, staubreichen Phasen erzeugten, die in extremen Trümmerscheiben beobachtet wurden.

"Natürlich gibt es noch viele Dinge, die wir über diese Scheiben noch nicht wissen", sagte Attila Moor vom Konkoly-Observatorium, ein Mitautor der Studie. "Wir erwarten keine silikareichen Systeme unter älteren extremen Trümmerscheiben. Wir haben nur drei Scheiben in unserer Probe, die dieses Alterskriterium erfüllen, daher wäre es schön, mehr dieser Systeme zu beobachten, um unsere Hypothese zu bestätigen."

Das James Webb Space Telescope ist das weltweit führende Weltraumastronomium. Webb löst Rätsel in unserem Sonnensystem, blickt über ferne Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und CSA (Canadian Space Agency) geleitet wird.

Um mehr über Webb zu erfahren, besuchen Sie:

Die folgenden Abschnitte enthalten Links zum Herunterladen der Bilder und Videos dieses Artikels in allen verfügbaren Auflösungen, gefolgt von verwandten Informationen, Medienkontakten und, falls vorhanden, Links zu Forschungsarbeiten und spanischer Übersetzung.

Quelle: NASA · Originalmeldung

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