Koldioxidrik skiva runt ung stjärna utmanar modeller för hur planeter skapas
En studie ledd av Jenny Frediani vid Stockholms universitet avslöjar en oväntat hög halt av koldioxid (CO₂) i de regioner runt en ung stjärna där jordliknande planeter en dag kan komma att bildas. Upptäckten, som gjorts med hjälp av rymdteleskopet James Webb (JWST), utmanar sedan länge etablerade antaganden om kemin i stjärnors födelsemiljöer. Studien är publicerad i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
– Till skillnad från de flesta planetskivor i närliggande regioner, där vattenånga dominerar de inre delarna, är denna skiva förvånansvärt rik på koldioxid, säger Jenny Frediani, doktorand vid Institutionen för astronomi, Stockholms universitet.
– Faktum är att vattenhalten är så låg att den knappt går att upptäcka – en dramatisk kontrast till vad vi vanligtvis ser.
Gasmoln blir skiva som blir planeter
En nybildad stjärna är till en början djupt inbäddad i det gasmoln som den bildades ur och bildar en skiva kring sig där planeter i sin tur kan bildas. Enligt de etablerade modellerna för planetbildning driver vattenrika småstenar inåt från skivans kalla yttre delar. När de når de varmare inre regionerna sublimerar isen, vilket vanligtvis ger starka spektrala signaturer av vattenånga. Men i detta fall visar JWST:s MIRI-instrument i stället en förbryllande stark signal från koldioxid.
– Det här utmanar våra nuvarande modeller för skivans kemi och utveckling eftersom en höga halten av koldioxid i förhållande till vatten inte går att förklara med standardmodeller, säger Jenny Frediani.
Oväntat hög halt av koldioxid och sällsynta koldioxidisotoper
Arjan Bik, forskare vid Institutionen för astronomi, Stockholms universitet, tillägger:
– En så hög koncentration av koldioxid i planetbildande zoner är oväntad. Det tyder på att intensiv ultraviolett strålning – antingen från moderstjärnan eller från närliggande massiva stjärnor – påverkar kemin i skivan.
Forskarna upptäckte även sällsynta isotopvarianter av koldioxid, berikade med kol-13 eller syreisotoperna ¹⁷O och ¹⁸O, tydligt synliga i JWST:s data. Dessa isotopologer kan ge viktiga ledtrådar till länge obesvarade frågor om de ovanliga isotopsignaturerna som hittats i meteoriter och kometer – rester från vårt eget solsystems bildande.
Den koldioxidrika skivan upptäcktes i det massiva stjärnbildningsområdet NGC 6357, omkring 1,7 kiloparsek (ungefär 53 kvadriljoner kilometer) bort. Upptäckten gjordes av forskarnätverket eXtreme Ultraviolet Environments (XUE), som undersöker hur starka strålningsfält påverkar skivkemi.
Extrema stålningsmiljöer kan förändra byggstenar för planeter
Maria-Claudia Ramirez-Tannus från Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg och ledare för XUE-samarbetet säger att det är en spännande upptäckt:
– Den visar hur extrema strålningsmiljöer – som är vanliga i massiva stjärnbildningsområden – kan förändra byggstenarna för planeter. Eftersom de flesta stjärnor – och troligen de flesta planeter – bildas i sådana miljöer, är det avgörande att förstå dessa processer för att kunna förklara mångfalden i planetatmosfärer och deras möjliga förutsättningar för liv.
Svenska astronomer utvecklat instrument
Med hjälp av MIRI-instrumentet på JWST kan forskare nu undersöka avlägsna, dammiga skivor med en detaljrikedom som aldrig tidigare varit möjlig. Det öppnar nya möjligheter att förstå de fysiska och kemiska villkoren för hur planeter skapas. Genom att jämföra dessa dynamiska miljöer med mer isolerade skivor kan forskarna kartlägga hur olika yttre förhållanden påverkar utvecklingen av nya planetsystem. Astronomer vid Stockholms universitet och Chalmers har varit med och utvecklat MIRI-instrumentet som är en kamera och en spektrograf som observerar mellan- till långvågig infraröd strålning från 5 mikron till 28 mikron. Den har också koronagrafer, för att särskilt observera exoplaneter.
Kontakt
Jenny Frediani, doktorand, Institutionen för astronomi, Stockholms universitet. E-post: jenny.frediani@astro.su.se, tel: 073-842 90 04 (endast engelska, föredrar första kontakt via e-post)
