In sechs neuen Schurkenwelten findet das Webb-Teleskop weitere Hinweise zur Sterngeburt

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat sechs mutmaßliche Schurkenwelten entdeckt – Objekte mit planetenähnlicher Masse, die jedoch nicht an die Schwerkraft irgendwelcher Sterne gekoppelt sind – darunter die leichteste, die jemals identifiziert wurde und von einer Staubscheibe umgeben ist.

Die schwer fassbaren Objekte liefern neue Beweise dafür, dass dieselben kosmischen Prozesse, die zur Entstehung von Sternen führen, auch bei der Entstehung von Objekten, die nur geringfügig größer als Jupiter sind, eine Rolle spielen könnten.

„Wir loten die Grenzen des Sternentstehungsprozesses aus“, sagte der Hauptautor Adam Langeveld, Astrophysiker an der Johns Hopkins University. „Wenn man ein Objekt hat, das wie ein junger Jupiter aussieht, ist es dann möglich, dass es unter den richtigen Bedingungen zu einem Stern geworden ist? Dies ist ein wichtiger Kontext für das Verständnis der Sternen- und Planetenentstehung.“

Die Ergebnisse stammen aus Webbs umfassendster Untersuchung des jungen Nebels NGC1333, einem Sternentstehungshaufen etwa tausend Lichtjahre entfernt im Sternbild Perseus. Ein neues Bild aus der Untersuchung heute veröffentlicht von der Europäischen Weltraumorganisation zeigt NGC1333, das mit dramatischen Erscheinungen von interstellarem Staub und Wolken leuchtet. Ein Artikel, der die Ergebnisse der Untersuchung detailliert beschreibt, wurde zur Veröffentlichung angenommen in Das astronomische Journal.

Webbs Daten lassen darauf schließen, dass es sich bei den entdeckten Welten um Gasriesen handelt, die 5–10 Mal so massereich sind wie Jupiter. Das bedeutet, dass sie zu den masseärmsten Objekten gehören, die je entdeckt wurden und die aus einem Prozess entstanden sind, der normalerweise Sterne und Braune Zwerge hervorbringt, Objekte, die sich an der Grenze zwischen Sternen und Planeten befinden, die nie eine Wasserstofffusion zünden und mit der Zeit verblassen.

„Wir haben Webbs beispiellose Empfindlichkeit bei Infrarotwellenlängen genutzt, um nach den schwächsten Mitgliedern eines jungen Sternhaufens zu suchen und eine grundlegende Frage der Astronomie zu beantworten: Wie leicht kann ein Objekt wie ein Stern entstehen?“, sagte Ray Jayawardhana, Provost der Johns Hopkins University, Astrophysiker und Hauptautor der Studie. „Es stellte sich heraus, dass die kleinsten frei schwebenden Objekte, die wie Sterne entstehen, in ihrer Masse mit riesigen Exoplaneten übereinstimmen, die nahegelegene Sterne umkreisen.“

Die Beobachtungen des Teleskops ergaben keine Objekte mit weniger als fünf Jupitermassen, obwohl es über ausreichende Empfindlichkeit verfügt, um solche Körper zu erkennen. Das ist ein starker Hinweis darauf, dass alle Sternobjekte, die leichter als dieser Schwellenwert sind, eher auf die gleiche Weise entstehen wie Planeten, schlussfolgerten die Autoren.

„Unsere Beobachtungen bestätigen, dass die Natur Objekte mit Planetenmasse auf mindestens zwei verschiedene Arten erzeugt – durch die Kontraktion einer Wolke aus Gas und Staub, durch die Art und Weise, wie Sterne entstehen, und durch Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne, wie es beispielsweise bei Jupiter in unserem eigenen Sonnensystem der Fall war“, sagte Jayawardhana.

Das faszinierendste der sternlosen Objekte ist zugleich auch das leichteste. Es hat eine geschätzte Masse von fünf Jupitern (etwa 1.600 Erden). Das Vorhandensein einer Staubscheibe bedeutet, dass das Objekt mit ziemlicher Sicherheit wie ein Stern entstanden ist, da Weltraumstaub in den frühen Stadien der Sternentstehung im Allgemeinen um ein zentrales Objekt kreist, sagte Langeveld, ein Postdoktorand in Jayawardhanas Gruppe.

Scheiben sind außerdem eine Voraussetzung für die Entstehung von Planeten, was darauf schließen lässt, dass die Beobachtungen auch wichtige Auswirkungen auf potenzielle „Mini“-Planeten haben könnten.

„Diese winzigen Objekte mit Massen, die mit denen von Riesenplaneten vergleichbar sind, könnten selbst in der Lage sein, ihre eigenen Planeten zu bilden“, sagte Co-Autor Aleks Scholz, ein Astrophysiker an der Universität St. Andrews. „Dies könnte die Geburtsstätte eines Miniatur-Planetensystems sein, in einem Maßstab, der viel kleiner ist als unser Sonnensystem.“

Mithilfe des NIRISS-Instruments auf dem Webb-Teleskop maßen die Astronomen das Infrarotlichtprofil (oder Spektrum) jedes Objekts im beobachteten Teil des Sternhaufens und analysierten 19 bekannte Braune Zwerge erneut. Sie entdeckten außerdem einen neuen Braunen Zwerg mit einem Begleiter von Planetenmasse – ein seltener Fund, der die Theorien zur Entstehung von Doppelsternsystemen in Frage stellt.

„Wahrscheinlich ist ein solches Paar auf die gleiche Weise entstanden wie Doppelsternsysteme, nämlich aus einer Wolke, die beim Zusammenziehen auseinanderbricht“, sagte Jayawardhana. „Die Vielfalt der Systeme, die die Natur hervorgebracht hat, ist bemerkenswert und treibt uns an, unsere Modelle der Stern- und Planetenentstehung zu verfeinern.“

Schurkenwelten können aus kollabierenden Molekülwolken entstehen, denen die Masse für die Kernfusion fehlt, die Sterne antreibt. Sie können auch entstehen, wenn sich Gas und Staub in Scheiben um Sterne zu planetenähnlichen Kugeln verschmelzen, die schließlich aus ihren Sternsystemen herausgeschleudert werden, wahrscheinlich aufgrund der Gravitationswechselwirkung mit anderen Körpern.

Diese frei schwebenden Objekte verwischen die Klassifizierung von Himmelskörpern, da ihre Massen mit denen von Gasriesen und Braunen Zwergen übereinstimmen. Obwohl solche Objekte in der Milchstraße als selten gelten, zeigen die neuen Webb-Daten, dass sie etwa 10 % der Himmelskörper im untersuchten Sternhaufen ausmachen.

In den kommenden Monaten wird das Team die Atmosphären dieser lichtschwachen Objekte weiter untersuchen und sie mit denen schwererer Brauner Zwerge und Gasriesen vergleichen. Außerdem wurde ihnen Zeit am Webb-Teleskop gewährt, um ähnliche Objekte mit Staubscheiben zu untersuchen und die Möglichkeit der Entstehung von Mini-Planetensystemen zu untersuchen, die den zahlreichen Monden des Jupiters und Saturns ähneln.

Weitere Autoren sind Koraljka Mužić und Daniel Capela von der Universidade de Lisboa; Loïc Albert, René Doyon und David Lafrèniere von der Université de Montréal; Laura Flagg von Johns Hopkins; Matthew de Furio von der University of Texas in Austin; Doug Johnstone vom Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre; und Michael Meyer von der University of Michigan, Ann Arbor.