Een groep wetenschappers, onder wie Michiel Min (SRON), heeft met de James Webb ruimtetelescoop voor het eerst ammoniak-isotopologen gemeten in de atmosfeer van een hemellichaam. Dit geeft astronomen nieuw gereedschap om te herleiden hoe gasreuzen worden gevormd. Publicatie in Nature.
isotopologen
Ze onthullen de oorsprong van wijn, de leeftijd van botten en fossielen, en helpen bij diagnostisering van ziekten: we hebben het over isotopen. Isotopen en isotopologen—moleculen die isotopen bevatten—spelen ook een steeds grotere rol in de sterrenkunde. De verhouding tussen de isotopen koolstof-12 (12C) en koolstof-13 (13C) in de atmosfeer van een exoplaneet verraadt bijvoorbeeld op welke afstand van zijn moederster hij is gevormd.
ammoniak
Tot nu toe was koolstofmonoxide, met 12C en 13C, de enige isotopoloog die in de atmosfeer van een exoplaneet was gemeten. Een groep onderzoekers van het MIRI European Consortium heeft nu voor het eerst ammoniak-isotopologen gevonden in de atmosfeer van een koude bruine dwerg. Ze hebben zowel 14NH3 als 15NH3 gemeten.
bruine dwerg WISE J1828
Bruine dwergen zijn hemellichamen op het grensvlak tussen sterren en planeten. Daarom kunnen ze dienen als modelsysteem om gasplaneten te bestuderen. In dit geval observeerde de onderzoeksgroep de bruine dwerg WISE J1828, op 32 lichtjaar van de aarde. Aan de sterrenhemel bevindt hij zich in het sterrenbeeld Lyra, maar je kunt hem niet met het blote oog zien omdat zijn oppervlak slechts 100 °C is. Het MIRI-instrument op de James Webb ruimtetelescoop is wel gevoelig genoeg om hem in infrarood waar te nemen.
Nieuwe indicator voor vorming van planeten
Het is nog steeds onduidelijk of gasreuzen ontstaan als een sneeuwbal die steeds meer materiaal aantrekt, of door een plaatselijke gravitationele instorting in de stofschijf rond een babyster. Rotsachtige planeten lijken het scenario van de sneeuwbal te doorlopen.
De verhouding tussen de twee isotopologen 14NH3 en 15NH3 blijkt nu een indicator voor de vorming van gasreuzen. Terwijl er op aarde 272 14N atomen zijn voor elk 15N atoom, hebben de wetenschappers van deze studie berekend dat de 14NH3/15NH3-verhouding in de atmosfeer van WISE J1828 ongeveer 670 is. Dit betekent dat de bruine dwerg minder 15N heeft verzameld tijdens zijn formatie dan de aarde.
Het proces dat de hoeveelheid isotopen stuurt is nog onvolledig begrepen, maar er wordt aangenomen dat komeetinslagen een planeet verrijken met 15N, omdat kometen twee- of driemaal meer 15N hebben. Kometen lijken de fundamentele bouwstenen van (in elk geval rotsachtige) planeten te zijn. Ze zorgen er bijvoorbeeld voor dat rotsachtige planeten een atmosfeer houden tijdens hun hete eerste ontwikkelstadium.
Een lage hoeveelheid 15N in het spectrum van WISE J1828 wijst erop dat hij niet als een sneeuwbal is gevormd—zoals rotsachtigeplaneten—maar door een gravitationele instorting—zoals sterren. Dit strookt ook met de verwachting, omdat bruine dwergen in feite sterren zijn. De 14NH3/15NH3-verhouding lijkt dus een goede indicator voor de vormingsgeschiedenis van een gasreus.
Publicatie
‘15NH3 in the atmosphere of a cool brown dwarf’, David Barrado, Paul Mollière, Polychronis Patapis, Michiel Min, Pascal Tremblin, Francisco Ardevol Martinez, Niall Whiteford, Malavika Vasist, Ioannis Argyriou, Matthias Samland, Pierre-Olivier Lagage, Leen Decin, Rens Waters, Thomas Henning, María Morales-Calderón, Manuel Guedel, Bart Vandenbussche, Olivier Absil, Pierre Baudoz, Anthony Boccaletti, Jeroen Bouwman, Christophe Cossou, Alain Coulais, Nicolas Crouzet, René Gastaud, Alistair Glasse, Adrian M. Glauser, Inga Kamp, Sarah Kendrew, Oliver Krause, Fred Lahuis, Michael Mueller, Göran Olofsson, John Pye, Daniel Rouan, Pierre Royer, Silvia Scheithauer, Ingo Waldmann, Luis Colina, Ewine F. van Dishoeck, Tom Ray, Göran Östlin & Gillian Wright, Nature