Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Sarah Betty vom Space Telescope Science Institute in Baltimore hat mithilfe des James-Webb-Teleskops (JWST) Wassereis und Kohlenstoffdioxid in der Trümmerscheibe um den jungen Stern Beta Pictoris entdeckt. Dieser Stern, der etwa 64 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und ein Alter von rund 20 Millionen Jahren aufweist, gilt aufgrund einer ihn umgebenden, ausgedehnten Staub- und Trümmerscheibe als ideales natürliches Labor zur Untersuchung der Phasen der Bildung von Planetensystemen.
Spektralanalysen, die mit dem Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) des Teleskops durchgeführt wurden, zeigten, dass das in der Scheibe vorhandene Wassereis eine glasartige, nicht-kristalline (amorphe) Struktur anstelle einer kristallinen aufweist und gleichmäßig mit Kohlenstoffdioxid-Partikeln in Verhältnissen vermischt ist, wie sie bei Kometen in unserem Sonnensystem beobachtet werden. Schätzungen der Forscher zufolge bestehen etwa 11 % dieses Scheibeneises aus Kohlenstoffdioxid, ein Wert, der den Raten von Kometen und anderen entstehenden Sternsystemen entspricht.
Welche praktische Bedeutung hat dies?
Diese Entdeckung vertieft das Verständnis darüber, wie iceartige Materialien in einer Umgebung überleben können, die ständig der ultravioletten Strahlung des Zentralsterns ausgesetzt ist, welche reines Eis und kleinen Staub eigentlich schnell zerstören müsste. Den theoretischen Modellen zufolge bietet die Einbindung von Kohlenstoffdioxid-Partikeln in die Wassereisstruktur diesen Schutz und ermöglicht ihnen das Überleben. Zudem deutet die amorphe Struktur des Eises, die sehr niedrige Temperaturen von unter 100 Kelvin erfordert, darauf hin, dass das Eis ursprünglich aus dem interstellaren Medium stammt, sich also in kalten, dichten Wolken bildete, bevor die Planeten von Beta Pictoris zu entstehen begannen.
Anhaltende Kollisionen als Motor der Erneuerung
Die Forscher erklärten, dass die gleichmäßige Verteilung des Eises über die Scheibe auf anhaltende Kollisionen zwischen Asteroiden und Planetesimalen zurückzuführen ist. Diese heftigen Kollisionen zertrümmern die Körper, legen das in ihren Tiefen geschützte Eis frei und gleichen kontinuierlich das aus, was durch die ultraviolette Strahlung verbraucht wird, was auch das anhaltende Vorhandensein von Kohlenstoffmonoxidgas in der Scheibe erklärt.
Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Grundkomponenten zur Bildung wasserreicher und lebensfähiger Welten in verschiedenen Planetensystemen im gesamten Universum verbreitet sein könnten, was die Hypothese der Ähnlichkeit der Grundbausteine für die Planetenbildung über verschiedene Sternsysteme hinweg stärkt.