Sie besitzen unter 0,3 Sonnenmassen: Bei den sehr massearmen Sternen handelt es sich um die häufigste Kategorie unter den leuchtenden Himmelskörpern des Universums. Trotz ihrer vergleichsweise bescheidenen Größe besitzen viele von ihnen Planeten. Besonders häufig werden sie dabei von Gesteinsplaneten umkreist, geht aus der astronomischen Forschung der letzten Jahrzehnte hervor. Dadurch rücken sie bei der Suche nach erdähnlichen Welten im Universum besonders ins Visier. Durch fehlende Möglichkeiten der direkten Untersuchung ist bisher aber unklar geblieben, wie diese Planeten beschaffen sein könnten. Um dennoch Hinweise auf ihre Zusammensetzung zu gewinnen, haben sich die Forschenden um Aditya Arabhavi von der Universität Groningen nun der Untersuchung von protoplanetaren Scheiben gewidmet. Denn diese Ansammlungen aus Gas und Staub um junge Sterne bilden das Baumaterial beim Entstehungsprozess der Planeten.
Analytischer Blick auf eine planetenbildende Scheibe
Im Fokus der Forschenden stand nun das Scheibenmaterial um den jungen Stern ISO-ChaI 147, der mit nur 0,11 Sonnenmassen eindeutig zur Kategorie der sehr massearmen Sterne gehört. Um den gasförmigen Bestandteilen seiner Scheibe auf die Spur zu kommen, nutzten sie den MIRI-Spektrografen an Bord des James Webb Weltraumteleskops (JWST). Das Instrument ermöglicht es, die von der Scheibe empfangene Infrarotstrahlung in kleine Wellenlängenbereiche aufzutrennen – ähnlich wie sich das Sonnenlicht in einem Regenbogen aufspaltet. Anhand der spektralen Signaturen lassen sich dann bestimmte Moleküle in dem vom Stern bestrahlten Material nachweisen.
Auf diese Weise identifizierte das Team in der protoplanetaren Scheibe um ISO-ChaI 147 nun überraschend viele Kohlenwasserstoffe – insgesamt 13 Arten. Dazu gehört auch der erste extrasolare Nachweis des größten vollständig gesättigten Kohlenwasserstoffs: Ethan (C2H6). Außerdem gelang es dem Team, Benzol (C6H6), Ethen (C2H4), Propin (C3H4) und das Methylradikal CH3 zum ersten Mal in einer protoplanetaren Scheibe nachzuweisen. Ein wichtiger Aspekt der Studie ist aber auch, was das Team nicht fand. Die Daten lieferten nämlich keine Hinweise auf sauerstoffreiche Verbindungen wie Wasser oder Kohlenmonoxid in der Scheibe. „Das unterscheidet sich grundlegend von der Zusammensetzung, die wir in Scheiben um sonnenähnliche Sterne sehen, wo die sauerstoffhaltigen Moleküle dominieren“, sagt Co-Autorin Inga Kamp von der Universität Groningen.
Besonderes Planeten-Baumaterial
Die Ergebnisse weisen somit darauf hin, dass die Scheiben um sehr massearme Sterne typischerweise mehr Kohlenstoff als Sauerstoff enthalten könnten, was die Merkmale von entstehenden Planeten deutlich prägen würde. Für den Mechanismus, der diesem Merkmal zugrunde liegt, kommen grundsätzlich zwei Möglichkeiten infrage: Die Zusammensetzung ist entweder das Ergebnis einer Anreicherung von Kohlenstoff oder einer Verarmung von Sauerstoff. Die Ursache einer möglichen Kohlenstoff-Anreicherung könnte eine Verdampfung dieser Substanzen von festen Partikeln der Scheibe sein, erklären die Forschenden. Diese von Kohlenstoff befreiten Staubkörner könnten dann zwar Planeten-Körper bilden, die ähnliche Zusammensetzungen besitzen wie die Erde. Doch ihre Atmosphären würden sich wohl aus dem von Kohlenstoffverbindungen geprägten Gas der Scheiben bilden.
