Weltraumteleskop James Webb identifiziert gefrorenes Wasser in jungem Sternensystem
Baltimore (USA) – Mit dem „James Webb Space Telescope“ (JWST) haben Astronem erstmals kristallines Wassereis in einer staubigen Trümmerscheibe nachgewiesen, die einen sonnenähnlichen Stern umkreist.
Copyright: Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
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Wie das Team um Chen Xie von der Johns Hopkins University aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-025-08920-4) berichtet, ist das mit Webb entdeckte gefrorene Wasser an feinste Staubpartikel im gesamten System gebunden. Der Großteil des beobachteten Eises befindet sich dort, wo es am kältesten ist – also am weitesten vom Stern entfernt. Umgekehrt gilt: Je näher die Forschenden an den Stern blickten, desto weniger Wassereis fanden sie.
Ein Stern, ähnlich unserer Sonne, nur jünger
Die Entdeckung gelang den Forschenden bei Beobachtungen des 155 Lichtjahre entfernten sonnenähnliche, jedoch mit gerade einmal 23 Millionen Jahren noch deutlich jüngeren Stern „HD 181327“, um den das NASA-Teleskop „Spitzer“ bereits 2008 Hinweise auf gefrorenes Wasser in diesem System geliefert hatte. Der Stern ist etwas massereicher und heißer als die Sonne, wodurch ein etwas größeres System entstanden ist.
„Webb hat eindeutig nicht nur Wassereis, sondern kristallines Wassereis nachgewiesen – wie wir es auch in den Ringen des Saturn und auf eisigen Körpern im Kuiper-Gürtel unseres eigenen Sonnensystems finden“, sagt Xie.
Schon seit Jahrzehnten hatten Astronomen und Astronominnen auf solche eindeutigen Daten gewartet. „Als ich vor 25 Jahren Doktorandin war, sagte mein Betreuer, es müsse Eis in Trümmerscheiben geben – aber vor Webb fehlten uns die Instrumente, um das auch nachzuweisen“, erklärt Christine Chen, Mitautorin der Studie und Astronomin am Space Telescope Science Institute in Baltimore. Wie die Forschenden weiter erläutern, sei besonders auffällig, dass diese Daten stark den jüngsten Webb-Beobachtungen von Kuipergürtel-Objekten in unserem eigenen Sonnensystem ähneln.
Wassereis ist ein entscheidender Bestandteil von Scheiben um junge Sterne – es beeinflusst die Bildung von Gasriesenplaneten maßgeblich und könnte zudem durch kleine Himmelskörper wie Kometen oder Asteroiden auf erdähnliche Planeten gelangen. Jetzt, da Webb Wassereis in solchen Scheiben nachgewiesen hat, eröffnet sich für die Forschung ein neues Fenster, um diese Prozesse in vielen anderen Planetensystemen besser zu verstehen.
Die Webb-Daten haben nun eine große Lücke zwischen Stern und Trümmerscheibe entdeckt – also einen Bereich, der weitgehend frei von Staub ist. Weiter außen ähnelt die Trümmerscheibe dem Kuiper-Gürtel unseres Sonnensystems, wo Zwergplaneten, Kometen und andere eisige Gesteinsbrocken zu finden sind – die dort auch gelegentlich zusammenstoßen. Vor Milliarden Jahren war unser Kuiper-Gürtel vermutlich ähnlich aufgebaut wie die Trümmerscheibe dieses Sterns.
Wassereis und Planetenenstehung
„HD 181327 ist ein sehr aktives System“, erklärt Chen. „In seiner Trümmerscheibe gibt es ständig Kollisionen. Wenn diese eisigen Körper zusammenstoßen, setzen sie winzige Teilchen aus staubigem Wassereis frei – genau in der Größe, die Webb nachweisen kann.“
Wassereis ist nicht gleichmäßig im System verteilt. Der größte Anteil befindet sich in den kältesten, äußeren Bereichen der Trümmerscheibe. „Mehr als 20 % der äußeren Region bestehen aus Wassereis“, so Xie.
Je näher die Forschenden zum Stern blickten, desto weniger Eis fanden sie: „In der mittleren Region der Scheibe wies Webb etwa 8 % Wassereis nach – hier entsteht es vermutlich etwas schneller, als es durch Sonnenstrahlung wieder zerstört wird. Im innersten Bereich nahe dem Stern fand Webb kaum Eis. Vermutlich verdampft die ultraviolette Strahlung des Sterns dort das Eis. Es ist auch denkbar, dass sogenannte Planetesimale – also Vorläufer von Planeten – das gefrorene Wasser in ihrem Inneren gebunden haben, was Webb nicht direkt erkennen kann.“
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„Wassereis erleichtert die Planetenentstehung“, erklärt Xie abschließend. „Und eisige Materialien könnten letztlich auf terrestrische Planeten übertragen werden, die sich in Systemen wie diesem innerhalb mehrerer hundert Millionen Jahre bilden.“
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Recherchequelle: NASA
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