Webb findet Wasser- und Kohlendioxideis um Beta Pictoris

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat Wasser- und Kohlendioxideis in der Trümmerscheibe um Beta Pictoris entdeckt, einen jungen Stern, der etwa 64 Lichtjahre von der Erde entfernt und rund 20 Millionen Jahre alt ist. Die Ergebnisse stammen aus einer Studie, die von Sarah Betti, einer Astronomin am Space Telescope Science Institute in Baltimore, geleitet wurde und in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.

Eisnachweis

Bettis Team beobachtete Beta Pictoris am 7. Dezember 2023 mit dem Nahinfrarotspektrografen (NIRSpec) von Webb, der ein volles Spektrum von 0,6 bis 5,2 Mikrometern für jeden Punkt im Bild aufzeichnet. Nach der Subtraktion des Sternenlichts maßen die Forscher, wie viel Sternenlicht vom Staub der Scheibe bei jeder Wellenlänge reflektiert wird.

Wasser-Eis absorbiert Licht stark in der Nähe von 3 Mikrometern, während Kohlendioxid-Eis bei 4,27 Mikrometern oder 4,39 Mikrometern absorbiert, wenn es das schwerere Kohlenstoff-13-Isotop enthält. Detaillierte Spektren von zwei Punkten auf gegenüberliegenden Seiten des Sterns, die jeweils etwa 100 Astronomische Einheiten entfernt sind, zeigten sowohl Wasser- als auch Kohlendioxid-Eis, einschließlich der häufigen Form und der selteneren Kohlenstoff-13-Variante.

Eiszusammensetzung und -struktur

Die Kohlendioxid-Signale waren leicht zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben und waren viel breiter als die von reinem Kohlendioxid-Eis, das im Labor gemessen wurde. Das Team stellt in der Arbeit fest, dass sich Kohlendioxid so verhält, wenn seine Moleküle in Wasser-Eis eingeschlossen sind, was bedeutet, dass die beiden Eissorten gründlich gemischt sind und nicht nebeneinander als separate Körner liegen.

Das Team berechnete, dass es etwas mehr als ein Kohlendioxid-Molekül auf jeweils 10 Wasser-Moleküle gibt, was etwa 11 Prozent des Eises ausmacht. Das liegt im Bereich von 2,5 bis 30 Prozent, der in Kometen des Sonnensystems gemessen wurde, sowie im Bereich von 7 bis 20 Prozent, der im Eis von Scheiben um andere junge Sterne beobachtet wurde.

Das Wasser-Eis ist fast vollständig amorph, ein ungeordneter, glasartiger Festkörper. Kristallines Eis erzeugt einen scharfen Peak im Spektrum knapp oberhalb von 3 Mikrometern, aber dieser Peak war bei Beta Pictoris nicht vorhanden. Das Team schätzt, dass weniger als 7 Prozent des Wasser-Eises im System kristallin sind.

Ursprung des Eises

Damit amorphes Eis in dieser Form bleibt, muss es kälter als etwa 100 Kelvin oder minus 173° Celsius bleiben. Andernfalls muss etwas seine Kristallstruktur aufbrechen, wie hochenergetisches ultraviolettes Licht, kosmische Strahlen oder Teilchen, die vom Stern ausströmen. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das Eis höchstwahrscheinlich im interstellaren Medium gebildet wurde, lange bevor die Planeten von Beta Pictoris zu entstehen begannen.

Das Team argumentiert, dass die gleichmäßige Eisverteilung über die Scheibe hinweg häufige Kollisionen zwischen Planetesimalen erfordert. Jeder Zusammenstoß würde frischen, eisigen Staub freisetzen, einschließlich Eis, das tief in den kollidierenden Körpern vergraben und geschützt war, und so das ersetzen, was das Sternenlicht zerstört.

Warum es wichtig ist

Die Ergebnisse stützen die Idee, dass das Kohlenmonoxid-Gas der Scheibe von kollidierenden eisigen Körpern stammt, und bieten eine Erklärung dafür, wie Eis in einer Umgebung überleben kann, die ständig ultraviolettem Licht ausgesetzt ist. Wenn ein junges Planetensystem, das 64 Lichtjahre entfernt ist, mit im Wesentlichen denselben eisigen Zutaten begonnen haben könnte wie unseres, dann könnte primordialeres, interstellares Eis eine häufige Zutat von Planetensystemen im Allgemeinen sein, was bedeutet, dass die Rohstoffe für wasserreiche, potenziell bewohnbare Welten ebenfalls häufig sein könnten.

Quellen (auf Englisch)

• arstechnica.com: James Webb telescope finds ice older than the star it orbits - Ars Technica
• ua.news: James Webb detects ice likely older than Beta Pictoris — Ars Technica | UA.NEWS

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.