nasa-telescopen ontdekken bruin dwerg protoplanetair schijven in de orionnevel

UNIVERSITY PARK, Pa. — Nieuwe sterren worden omringd door schijven van gas en stof waarin planeten worden geboren, bekend als protoplanetaire schijven. In de Orionnevel stralen de helderste en meest massieve sterren intense ultraviolette straling uit die de protoplanetaire schijven verlicht, waardoor ze in ongebruikelijke details gefotografeerd kunnen worden. De opvallende beelden van deze UV-verlichte protoplanetaire schijven, genaamd proplyds, waren een van de eerste grote ontdekkingen van NASA's Hubble Space Telescope decennia geleden. Een nieuwe studie door een internationaal team van onderzoekers, waaronder een astronoom van Penn State, heeft met behulp van NASA's James Webb Space Telescope aangetoond dat sommige van de proplyds die oorspronkelijk door Hubble zijn gedetecteerd, rond bruine dwergen draaien. Bruine dwergen zijn sterachtige objecten die te klein en koel zijn om waterstoffusie te ondergaan. De nieuwe resultaten van Webb zullen astronomen helpen beter te begrijpen hoe bruine dwergen zich vormen, hun relatie tot sterren en planeten en of ze misschien zelf planeten hebben.

Een paper die de waarnemingen beschrijft, is geaccepteerd voor publicatie in het Astrophysical Journal en is online beschikbaar als preprint. "Sterren worden geboren binnen enorme wolken van gas en stof in de ruimte die lichtjaren groot kunnen zijn, en worden nevels genoemd," zei Kevin Luhman, professor in de astronomie en astrofysica aan het Eberly College of Science van Penn State en een leider van het onderzoeksteam. "Al tientallen jaren vermoeden astronomen dat, kort nadat een ster samenkomt binnen een nevel, planeten worden geboren binnen een schijf van gas en stof rondom de pasgeboren ster, bekend als een protoplanetaire schijf."

Kort na de lancering in 1990 onthulde de Hubble Space Telescope enkele van de helderste directe foto's van protoplanetaire schijven door waarnemingen van de Orionnevel. De Orionnevel bevat ongeveer 2.000 pasgeboren sterren en is een van de dichtstbijzijnde stervormende nevels bij ons zonnestelsel, gelegen op 1.300 lichtjaar afstand. "Sommige van de objecten die in nevels zoals Orion zijn geboren, hebben massa's die te klein zijn om waterstoffusie te ondergaan, waardoor ze koel en vaag zijn en niet kwalificeren als volwaardige sterren," zei Catarina Alves de Oliveira, hoofd van de Science Operations Development Division bij de Europese Ruimtevaartorganisatie en een leider van het onderzoeksteam. "Deze sterachtige lichamen die geen fusie hebben, worden bruine dwergen genoemd. De vraag is, kunnen we proplyds vinden rond een van de bruine dwergen in Orion?"

Kort nadat bruine dwergen in het midden van de jaren negentig werden ontdekt, begonnen astronomen zich af te vragen of ze ook protoplanetaire schijven zouden kunnen herbergen. Sommige van de proplyds die door Hubble in de jaren negentig werden gedetecteerd, leken objecten te omringen die vaag genoeg waren om bruine dwergen te zijn, maar ze misten de metingen die nodig waren om te bevestigen dat ze de koele temperaturen van bruine dwergen hadden. Een gevoeliger infraroodtelescoop was nodig voor dergelijke metingen. Gelanceerd in december 2021, is NASA's James Webb Space Telescope de krachtigste infraroodtelescoop tot nu toe, waardoor deze perfect geschikt is voor het meten van temperaturen van vage objecten in de Orionnevel die mogelijk bruine dwergen zijn, inclusief de vaagste proplyds die 30 jaar geleden door Hubble zijn gefotografeerd.

Het team van astronomen voerde infrarood spectroscopie metingen uit op een kleine steekproef van bruine dwerg kandidaten in Orion met behulp van Webb's Near-Infrared Spectrograph. Deze gegevens hebben bevestigd dat 20 objecten koel genoeg zijn om bruine dwergen te zijn, waarvan de kleinste mogelijk slechts 0,5% van de massa van de zon van de aarde heeft, of vijf Jupiter massa's. Twee extra objecten bevinden zich nabij de minimum massa voor fusie — 7,5% van de massa van de zon — waardoor het onduidelijk is of ze kleine sterren of grote bruine dwergen zijn. De steekproef van nieuwe bruine dwergen omvat twee vage proplyds die door Hubble in de jaren negentig zijn gedetecteerd, waardoor ze tot de koelste en minst massieve proplyds behoren die tot nu toe zijn gevonden.

"De nieuwe waarnemingen van Webb hebben slechts het oppervlak van bruine dwergen in Orion aangeraakt," zei Luhman. "De nevel bevat een paar honderd vage objecten die bruine dwergen kunnen zijn, die rijp zijn voor spectroscopie met Webb. Toekomstige waarnemingen van Orion met Webb zouden mogelijk veel meer voorbeelden van proplyds rond bruine dwergen kunnen vinden en de kleinste massa bepalen waarop bruine dwergen bestaan. Deze informatie zal ons helpen de hiaten in onze kennis over hoe bruine dwergen zich vormen en hun relatie tot sterren en planeten op te vullen."

Bovendien omvat het onderzoeksteam naast Luhman en Alves de Oliveira ook Isabelle Baraffe en Gilles Chabrier van de Universiteit van Exeter in het Verenigd Koninkrijk, Elena Manjavacas van de Europese Ruimtevaartorganisatie, Richard J. Parker van de Universiteit van Sheffield in het Verenigd Koninkrijk, en Pascal Tremblin van de Université Paris-Saclay in Frankrijk. De Hubble-waarnemingen werden uitgevoerd via programma 10246. De NIRCam en NIRSpec waarnemingen met Webb werden uitgevoerd via Guaranteed Time Observation programma's 1256 en 1228, respectievelijk.