Astronomen entdecken Benzol auf einem Planeten

Ein internationales Astronomenteam, darunter mehrere niederländische Forscher, hat zum ersten Mal das Benzolmolekül (C6H6) in einer Planetenbildungsscheibe um einen jungen Stern beobachtet.

Neben Benzol sahen sie viele andere, kleinere Kohlenstoffverbindungen und wenige sauerstoffreiche Moleküle. Die Beobachtungen legen nahe, dass die Gesteinsplaneten, die sich in dieser Scheibe bilden, wie unsere eigene Erde, relativ wenig Kohlenstoff enthalten. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Wissenschaftler am Donnerstagabend in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Die Forscher untersuchten den jungen, kleinen Stern J160532 (ein Zehntel der Masse unserer Sonne), etwa 500 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Skorpion. Um solche kleinen jungen Sterne herum bilden sich viele erdähnliche Gesteinsplaneten in Scheiben aus Gas und Staub. Bisher war es aufgrund der begrenzten Empfindlichkeit und spektralen Auflösung früherer Observatorien schwierig, Moleküle im warmen inneren Teil dieser Scheiben zu untersuchen, wo sich die meisten Planeten bilden.

Für ihre Forschung nutzten die Wissenschaftler Daten des MIRI-Spektrometers an Bord des James Webb-Weltraumteleskops. MIRI kann durch Staubwolken hindurchsehen und eignet sich besonders gut zur Messung von heißem Gas in inneren Scheiben. Die Hauptoptik des MIRI-Spektrometers wurde von der Niederländischen Forschungsschule für Astronomie (NOVA) entworfen und gebaut.

„Das ist genau die Art von Wissenschaft, für die das MIRI-Spektrometer entwickelt wurde“, sagt Ewine van Dishoeck (Universität Leiden), die von Anfang an am Aufbau von Webb und dem MIRI-Instrument beteiligt war. „Die Spektren enthalten eine Fülle von Daten, die uns etwas über die chemische und physikalische Zusammensetzung der Planeten bildenden Scheiben verraten.“

Viel Kohlenstoffgas, wenig Sauerstoff

Neben der ersten Beobachtung von Benzol in einer planetenbildenden Scheibe sahen die Forscher auch zum ersten Mal den Kohlenwasserstoff Diacetylen (C4H2) und eine ungewöhnlich große Menge Acetylengas (C2H2), einen sehr reaktiven Kohlenwasserstoff. Bemerkenswert ist, dass diese Scheibe sehr wenig Wasser und Kohlendioxid enthält. Diese sauerstoffreichen Verbindungen kommen jedoch häufig auch in anderen Staubscheiben vor. Die Identifizierung dieser Moleküle erforderte eine enge Zusammenarbeit mit Chemikern, die die Spektren (die chemischen Fingerabdrücke) im Labor messen.

Die Forscher vermuten, dass Benzol und (Di-)Acetylen in der Scheibe freigesetzt werden, nachdem der aktive junge Stern kohlenstoffreiche Staubkörner zerstört hat. Die verbleibenden Staubkörner würden Silikate mit relativ wenig Kohlenstoff enthalten. In einer späteren Phase verklumpen die kohlenstoffarmen Körner zu größeren Brocken. Diese werden schließlich zu Gesteinsplaneten wie der Erde. Dieses Szenario könnte erklären, warum unsere Erde so arm an Kohlenstoff ist.

Noch fünfzig CDs

Mittlerweile arbeiten die Forscher an den Daten von über 30 weiteren Staubscheiben um junge Sterne und in diesem Jahr werden Daten von 20 weiteren Scheiben erwartet. Auf diese Weise sollen sie weitere Moleküle entdecken und mehr Wissen über die Entstehung von Planeten um Sterne gewinnen, von den kleinsten bis hin zu solchen mit der zwei- bis dreifachen Masse unserer Sonne.

Der Hauptautor der Studie, Benoît Tabone (jetzt CNRS-Forscher an der Université Paris-Saclay in Frankreich und zuvor an der Universität Leiden angegliedert), kommt zu dem Schluss: „Diese Arbeit ist nur ein erster Einblick in die physikalischen und chemischen Bedingungen, in denen erdähnliche Planeten wie unsere Erde sind.“ gebildet.“ Co-Autor Aditya Arabhavi, Doktorand an der Universität Groningen, fügt hinzu: „Es werden noch viele weitere Moleküle entdeckt, entweder in der Scheibe von J160532 oder in anderen Scheiben.“ Webb ist ein ‚Spielplatz‘ nicht nur für Astronomen, sondern auch für Experten der Molekularphysik.“

MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey)

Die Umfrage fand im Rahmen des JWST Guaranteed Time Observation (GTO) Programms MINDS statt. Das Programm wird von Inga Kamp (Universität Groningen) gemeinsam geleitet. Astronomen aus Groningen, Leiden und Nijmegen sind eng beteiligt.

Wissenschaftlicher Aufsatz

Eine reichhaltige Kohlenwasserstoffchemie und ein hohes C-zu-O-Verhältnis in der inneren Scheibe um einen Stern mit sehr geringer Masse. Von: B. Tabone et al. In: Nature Astronomy, 11. Mai 2023. (Open Access))

Astrobiologie, Astrochemie

SpaceRef-Mitbegründer, Explorers Club Fellow, Ex-NASA, Auswärtsteams, Journalist, Weltraum- und Astrobiologie, ehemaliger Bergsteiger.