Webb ziet opvallend stof rond sterren: botsten daar jonge planeten?

De James Webb-ruimtetelescoop heeft geen planeten op elkaar zien botsen. Wel vonden astronomen in het stof rond 21 sterren chemische sporen die passen bij verschillende soorten inslagen tussen jonge planetaire lichamen. Sommige botsingen waren volgens hun interpretatie krachtig genoeg om materiaal van objecten ter grootte van Mars deels te verdampen.

Die reconstructie komt uit mid-infraroodspectra van zogenoemde extreme puinschijven: uitzonderlijk stoffige zones rond sterren waar rotsplaneten kunnen ontstaan of uiteenvallen. Door de mineralen in dat stof te vergelijken, proberen onderzoekers terug te lezen hoeveel energie bij de botsingen vrijkwam.

Een uitzonderlijke groep stoffige sterren

Voor de studie in The Astrophysical Journal combineerde het team gegevens van Webb en de inmiddels uitgeschakelde Spitzer-telescoop. Zestien systemen werden met Webb onderzocht; bij twaalf daarvan leverde MIRI voor het eerst een volledig spectrum in het relevante mid-infrarode bereik. Vijf aanvullende systemen kwamen uit het Spitzer-archief. Samen vormden ze een steekproef van 21 extreme puinschijven.

Deze schijven bevatten veel warmer en fijner stof dan gewone puinschijven. Zulke kleine korrels verdwijnen normaal relatief snel onder invloed van straling en nieuwe botsingen. Hun aanwezigheid wijst daarom op recente of aanhoudende stofproductie, maar zegt niet automatisch welke afzonderlijke inslag daarvoor verantwoordelijk was.

De onderzoekers vonden drie terugkerende kenmerken: veel kleine, optisch dunne korrels, thermisch veranderde mineralen en onregelmatige helderheidsvariaties. Met Webb konden ze vooral het patroon rond 10 micrometer nauwkeuriger bekijken, waar silica en kristallijne silicaten herkenbare spectrale vormen achterlaten.

Silica verraadt mogelijk de hardste klappen

Acht van de 21 schijven werden volgens de gekozen drempel als silica-rijk geclassificeerd. Silica kan ontstaan wanneer een botsing materiaal sterk verhit en gedeeltelijk verdampt. De onderzoekers koppelen dit patroon aan frontale of zeer energierijke botsingen tussen lichamen van ongeveer Marsformaat.

De silica-armere, maar kristallijne systemen passen volgens hun modellen beter bij kleinere of schampende botsingen tussen objecten van ongeveer maangrootte. Dat onderscheid is een wetenschappelijke interpretatie van mineralen, stofgedrag en botsingsmodellen. Webb mat geen diameter van een botsend object en filmde geen inslag.

De silica-rijke schijven kwamen in deze steekproef alleen voor bij sterren jonger dan 300 miljoen jaar. Dat past bij modellen waarin rotsplaneten vooral vroeg in de geschiedenis van een planetenstelsel door grote botsingen groeien. De oudere systemen waren vaker silica-arm en vertoonden soms sterkere helderheidswisselingen.

Wat zegt dit over ons eigen zonnestelsel?

Ons zonnestelsel kende waarschijnlijk eveneens een gewelddadige jeugd. De gangbare hypothese is dat de maan ontstond na een botsing tussen de jonge aarde en een Marsgroot object. De nieuwe studie bewijst dat scenario niet en laat evenmin zien dat de 21 andere stelsels een identieke geschiedenis hebben. Ze biedt vooral vergelijkingsmateriaal voor een fase die hier al miljarden jaren voorbij is.

Er is geen directe Nederlandse rol of praktisch gevolg voor lezers. De waarde is algemene wetenschap: de chemie van stof maakt een anders onzichtbaar stadium van planeetvorming beter meetbaar.

De steekproef blijft klein en bestaat juist uit uitzonderlijk stoffige systemen. Ook hangen afgeleide stofeigenschappen af van aannames over korrelgrootte, vorm en samenstelling. Meer spectra en langere reeksen van helderheidsmetingen moeten uitwijzen of de tweedeling werkelijk algemeen is.

Het onderzoek ontving steun van onder meer NASA, Hongaarse onderzoeksfondsen, de Heising-Simons Foundation en Towson University. Het volledige geaccepteerde manuscript maakt de methode en financiering openbaar. De NASA-toelichting verscheen op 1 oktober, tegelijk met de peer-reviewed publicatie. De boodschap is verleidelijk spectaculair, maar precies geformuleerd: Webb vond het puin en de mineralen; de botsingen zijn uit die sporen gereconstrueerd.