Wolken van zand en glas en hete puinschijven: James Webb toont hoe jonge planeten ontstaan

De ruimtetelescoop James Webb (JWST) heeft weer iets spectaculairs laten zien. 

Astronomen hebben met de ruimtetelescoop James Webb voor het eerst wolken van silicaten gespot in de atmosfeer van een planeet buiten ons zonnestelsel. Silicaten zijn mineralen op basis van silicium en zuurstof, en vormen op aarde het hoofdbestanddeel van gesteenten zoals zand en glas. Ook ontdekten ze een warme stofschijf rond een andere planeet in hetzelfde systeem. En dat geeft ons een uniek kijkje in hoe gasreuzen hun atmosferen en misschien zelfs manen krijgen.

Een blik op het YSES-1 systeem
De astronomen richtten de JWST op het YSES-1 systeem, een jong sterrenstelsel op 94 lichtjaar van ons vandaan, in het stervormingsgebied Scorpius-Centaurus. Dit systeem is pas 17 miljoen jaar oud, een kleuter in kosmische termen. Het heeft twee planeten die lijken op onze eigen Jupiter, draaiend om een ster die veel op onze zon lijkt. Normaal gesproken kunnen we exoplaneten alleen indirect bestuderen, bijvoorbeeld door te kijken naar hoe het licht van een ster even dimt wanneer een planeet ervoor langs schuift, of door de zwaartekracht die een planeet uitoefent op zijn ster te meten. Maar dankzij de scherpe ogen van de JWST konden de onderzoekers deze planeten rechtstreeks waarnemen.

Krachtige ogen: NIRSpec en MIRI
Hoe kregen ze dit voor elkaar? Dankzij twee slimme instrumenten aan boord van de JWST: NIRSpec en MIRI. NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) kijkt naar licht in het nabij-infrarode spectrum en helpt om te achterhalen waar de atmosfeer van een planeet uit bestaat. MIRI (Mid-Infrared Instrument) richt zich op het midden-infrarode spectrum en pikt de warmte op die objecten zoals stofschijven uitstralen. Samen konden ze de temperatuur en samenstelling van deze verre werelden ontrafelen.

Silicaatwolken boven YSES-1 c
Laten we beginnen met de buitenste planeet, YSES-1 c. Hier zagen de astronomen iets bijzonders: wolken van silicaten, hoog in de atmosfeer. Silicaten ken je misschien als zand of kwarts op aarde, maar deze zijn piepklein, slechts 0,1 micrometer groot, en gemaakt van mineralen met magnesium en ijzer. Ze zweven op een hoogte waar de druk maar 1 millibar is, veel lager dan bij ons op aarde. Tussen 9 en 11 micrometer in het spectrum zagen de onderzoekers een duidelijke dip, een teken dat deze wolken het licht absorberen. Dat maakt YSES-1 c anders dan oudere gasreuzen of bruine dwergen, waar zulke wolken minder vaak zo duidelijk te zien zijn.

Een stofschijf rond YSES-1 b
Dan de binnenste planeet, YSES-1 b. Hier ontdekten ze iets heel anders: een warme ring van stof die om de planeet draait. Deze schijf straalt extra infraroodlicht uit, met een temperatuur van zo’n 500 Kelvin (dat is ruim 200 graden Celsius). Het stof bestaat vooral uit olivijn, een mineraal dat je ook in ons zonnestelsel vindt, en de schijf strekt zich uit van 12 tot 35 keer de straal van de planeet. Het stof is er nog niet lang, waarschijnlijk gemaakt door recente botsingen tussen grotere objecten. Het lijkt erop dat dit stof een kraamkamer kan zijn voor toekomstige manen, gevormd uit brokstukken die rond de planeet zweven.

Waarom dit zo bijzonder is
Deze ontdekkingen zijn een goudmijn voor astronomen. Ze laten zien hoe gasreuzen en hun omgeving zich ontwikkelen in hun vroege jaren. De wolken van YSES-1 c vertellen ons hoe de atmosfeer van zulke planeten vorm krijgt, terwijl de stofschijf rond YSES-1 b hints geeft over hoe manen ontstaan uit kosmisch puin. Door jonge systemen zoals YSES-1 te bestuderen, krijgen we een beter idee van hoe bijvoorbeeld Jupiter en zijn manen ooit zijn geboren. Het onderzoek werd gepubliceerd in het vakblad Nature.