Webb-Teleskop untersucht entstehende Monde um einen massereichen Planeten

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat die ersten direkten Messungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften einer möglicherweise mondbildenden Scheibe geliefert, die einen großen Exoplaneten umgibt. Die kohlenstoffreiche Scheibe um den 625 Lichtjahre von der Erde entfernten Planeten CT Cha b ist möglicherweise eine Baustelle für Monde. In den Webb-Daten sind derzeit noch keine Monde auszumachen.

Der junge Stern, den der Planet umkreist, ist nur zwei Millionen Jahre alt und sammelt noch immer Material an, das den Stern umgibt. Die von Webb entdeckte zirkumplanetare Scheibe ist jedoch nicht Teil der größeren Materiescheibe um den Zentralstern. Die beiden Objekte sind 46 Milliarden Meilen voneinander entfernt. Die Beobachtung, wie Planeten und Monde entstehen, ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis, wie sich Planetensysteme in unserer Galaxie entwickeln. Monde sind wahrscheinlich zahlreicher als Planeten, und einige könnten Lebensräume für biologisches Leben sein. Aber die Wissenschaft tritt erst jetzt in eine Ära ein, in der sie deren Entstehung beobachten kann.

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Monde: Entstehung aus Planetenringen?

Den Forschenden zufolge verbessert diese Entdeckung das Verständ­nis für die Entste­hung von Planeten und Monden. Die Daten von Webb sind von unschätz­barem Wert, um Ver­gleiche mit der Entste­hung unseres Sonnen­systems vor mehr als vier Milli­arden Jahren anzu­stellen.

„Wir können Hinweise auf die Scheibe um den Beglei­ter sehen und zum ersten Mal deren Chemie unter­suchen. Wir sind nicht nur Zeugen der Mond­entste­hung, sondern auch der Entste­hung dieses Plan­eten“, sagt Sierra Grant von der Carne­gie Insti­tu­tion for Sci­ence in Washing­ton. „Wir sehen, welches Material sich ansam­melt, um den Plane­ten und die Monde zu bilden“, ergänzt Gabriele Cugno von der Univer­sität Zürich, Mitglied des Natio­nalen For­schungs­schwer­punkts PlanetS des Schweize­ri­schen National­fonds.

Die Infrarot­beobach­tungen des Planeten wurden mit Hilfe des Spektro­grafen mit mittlerer Auflö­sung (MIRI, Mid-Infra­red Instru­ment) durchgeführt. Ein erster Blick in die Archiv­daten von Webb zeigte Hinweise auf Mole­küle innerhalb der zirkum­planetaren Scheibe, was zu einer eingehen­deren Untersuchung der Daten führte. Da das Signal des Planeten sehr schwach ist und in der starken Strahlung des Mutter­sterns verborgen liegt, mussten die Forscher das Licht des Sterns mit Hilfe spezieller Hoch­kontrast­verfahren vom Licht des Planeten trennen. „Wir sahen Moleküle an der Posi­tion des Planeten und wussten daher, dass es dort etwas gab, das es wert war, weiter zu erforschen, und verbrachten ein Jahr damit, die Moleküle aus den Daten herauszu­filtern“, beschreibt Grant.

Das Team entdeckte sieben kohlen­stoff­haltige Moleküle inner­halb der Scheibe des Planeten, darunter Acetylen und Benzol. Diese kohlen­stoff­reiche Zusammen­setzung steht in starkem Kontrast zu der Chemie in der Scheibe um den Mutter­stern, wo die Forschenden Wasser, aber keinen Kohlen­stoff fanden. Der Unter­schied zwischen den beiden Scheiben liefert Hinweise auf ihre schnelle chemische Entwick­lung inner­halb von nur zwei Millionen Jahren.

Seit langem wird vermutet, dass die vier großen Monde des Jupiters aus einer zirkum­planetaren Scheibe entstanden sind, die einst den Planeten umgab. Diese Galile­ischen Monde müssen sich vor Milli­arden von Jahren aus einer solchen abge­flachten Scheibe heraus­gebildet haben, wie ihre auf der gleichen Ebene liegenden Umlaufbahnen um den Jupiter zeigen. Die beiden äußeren, Ganymed und Callisto, bestehen zur Hälfte aus Wasser­eis. Aber sie haben vermutlich einen felsigen Kern – mög­licher­weise aus Kohlen­stoff oder Silizium.

„Wir wollen mehr darüber erfahren, wie in unserem Sonnen­system Monde ent­standen sind. Das heißt, wir müssen uns andere Systeme ansehen, die sich noch im Aufbau befinden. Wir versuchen zu verstehen, wie das alles funktioniert“, sagt Cugno. „Wie entstehen diese Monde? Was ist ihre Zusammen­setzung? Welche physika­lischen Pro­zesse spielen dabei eine Rolle und in welchen Zeitskalen? Das Webb-Teleskop ermöglicht es uns, das Drama der Mond­entste­hung mitzuerleben und diese Fragen erstmals durch Beobach­tungen zu unter­suchen“, so der UZH-Forscher weiter. [U Zürich / dre]