Waarnemingen van NASA's James Webb ruimtetelescoop hebben een verrassende wending gegeven aan het verhaal over wat wordt gezien als de eerste ster die een planeet inslikt. De nieuwe bevindingen suggereren dat de ster niet opzwol om een planeet te omhullen, zoals eerder werd verondersteld. In plaats daarvan laten Webb's waarnemingen zien dat de baan van de planeet in de loop van de tijd kromp, waardoor de planeet langzaam dichter bij zijn ondergang kwam, totdat hij volledig werd opgeslokt.
“Omdat dit zo'n nieuwe gebeurtenis is, wisten we niet precies wat we konden verwachten toen we besloten deze telescoop erop te richten,” zei Ryan Lau, hoofdauteur van het nieuwe artikel en astronoom bij NSF NOIRLab (National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) in Tucson, Arizona. “Met zijn hoge-resolutie blik in het infrarood leren we waardevolle inzichten over het uiteindelijke lot van planetenstelsels, waaronder mogelijk dat van ons.” Twee instrumenten aan boord van Webb hebben de autopsie uitgevoerd, Webb's MIRI (Mid-Infrared Instrument) en NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). De onderzoekers kwamen tot hun conclusie via een tweeledige onderzoeksaanpak.
De ster in het midden van deze scène bevindt zich in het Melkwegstelsel, op ongeveer 12.000 lichtjaar van de aarde. De verhelderende gebeurtenis, die officieel ZTF SLRN-2020 wordt genoemd, werd oorspronkelijk waargenomen als een optische lichtflits met behulp van de Zwicky Transient Facility van Caltech's Palomar Observatory in San Diego, Californië. Uit gegevens van NASA's NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) bleek dat de ster een jaar voor de optische lichtflits helderder werd in het infrarood, wat wees op de aanwezigheid van stof. Op basis van dit eerste onderzoek in 2023 dachten onderzoekers dat de ster meer op de zon leek en al honderdduizenden jaren bezig was te verouderen tot een rode reus.
Webb's MIRI vertelde echter een ander verhaal. Met zijn krachtige gevoeligheid en ruimtelijke resolutie was Webb in staat om de verborgen emissie van de ster en zijn directe omgeving, die in een zeer druk gebied in de ruimte ligt, nauwkeurig te meten. De onderzoekers ontdekten dat de ster niet zo helder was als hij zou moeten zijn geweest als hij was geëvolueerd tot een rode reus, wat aangeeft dat er geen zwelling was om de planeet op te slokken, zoals ooit werd gedacht.
De scène reconstrueren
Onderzoekers suggereren dat de planeet op een gegeven moment ongeveer Jupiter groot was, maar vrij dicht bij de ster draaide, zelfs dichter dan de baan van Mercurius rond onze zon. In de loop van miljoenen jaren kwam de planeet steeds dichter bij de ster, wat leidde tot het catastrofale gevolg. “De planeet begon uiteindelijk de atmosfeer van de ster te schampen. Vanaf dat moment was het een op hol geslagen proces van sneller naar binnen vallen,” aldus teamlid Morgan MacLeod van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts. “De planeet begon, terwijl hij naar binnen viel, als het ware rond de ster te schuren.” Tijdens zijn uiteindelijke val zou de planeet gas hebben weggeblazen uit de buitenste lagen van de ster. Terwijl het gas uitzette en afkoelde, condenseerden de zware elementen in dit gas in het volgende jaar tot koud stof.
De restjes inspecteren
Hoewel de onderzoekers een uitdijende wolk van koeler stof rond de ster verwachtten, onthulde een blik met de krachtige NIRSpec een hete omringende schijf van moleculair gas dichter bij de ster. Bovendien kon Webb met zijn hoge spectrale resolutie bepaalde moleculen in deze accretieschijf detecteren, waaronder koolmonoxide. “Met zo'n transformatieve telescoop als Webb was het moeilijk voor mij om verwachtingen te hebben van wat we in de directe omgeving van de ster zouden vinden,” zei Colette Salyk van het Vassar College in Poughkeepsie, New York, een exoplaneetonderzoeker en co-auteur van het nieuwe artikel. “Ik moet zeggen dat ik niet had verwacht dat we iets zouden zien wat de kenmerken heeft van een planeetvormend gebied, ook al worden hier geen planeten gevormd, in de nasleep van een opslorping.”
De mogelijkheid om dit gas te karakteriseren opent meer vragen voor onderzoekers over wat er daadwerkelijk gebeurde nadat de planeet volledig was opgeslokt door de ster. “Dit is echt de afgrond van het bestuderen van deze gebeurtenissen. Dit is de enige die we in actie hebben waargenomen en dit is de beste detectie van de nasleep nadat alles weer tot rust is gekomen,” zei Lau. “We hopen dat dit slechts het begin is van onze steekproef.”
Deze waarnemingen, gedaan in het kader van Guaranteed Time Observation-programma 1240, dat speciaal was ontworpen om een familie van mysterieuze, plotselinge, infraroodverhelderende gebeurtenissen te onderzoeken, behoorden tot de eerste Target of Opportunity-programma's van Webb. Dit soort onderzoek is voorbehouden aan gebeurtenissen, zoals supernova-explosies, waarvan verwacht wordt dat ze zullen plaatsvinden, maar waarvan onderzoekers niet precies weten wanneer of waar. De ruimtetelescopen van NASA maken deel uit van een groeiend internationaal netwerk dat klaarstaat om getuige te zijn van deze vluchtige veranderingen, om ons te helpen begrijpen hoe het heelal werkt.
Onderzoekers verwachten hun verzameling te kunnen uitbreiden en toekomstige gebeurtenissen zoals deze te kunnen identificeren met behulp van het aankomende Vera C. Rubin Observatorium en NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope, die grote delen van de hemel herhaaldelijk zullen onderzoeken op veranderingen in de loop van de tijd.
Foto: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Bron: NASA/JWST
