Hoe klein zijn de kleinste hemellichamen die zich vormen als sterren, maar niet hun eigen licht produceren? Hoe vaak komen ze voor in vergelijking met volwaardige sterren? Wat dacht je van "schurkenplaneten, " die zich rond sterren vormden voordat ze in de interstellaire ruimte werden gegooid? Wanneer NASA's James Webb Space Telescope in 2021 wordt gelanceerd, het zal licht werpen op deze vragen.

Als je ze beantwoordt, wordt een grens bepaald tussen objecten die zich als sterren vormen, die worden geboren uit door zwaartekracht instortende wolken van gas en stof, en degenen die zich vormen als planeten, die ontstaan ​​wanneer gas en stof samenklonteren in een schijf rond een jonge ster. Het zal ook onderscheid maken tussen concurrerende ideeën over de oorsprong van bruine dwergen, objecten met een massa tussen 1% en 8% van de zon die waterstoffusie in hun kernen niet kunnen ondersteunen.

In een onderzoek onder leiding van Aleks Scholz van de Universiteit van St. Andrews in het Verenigd Koninkrijk, onderzoekers zullen Webb gebruiken om de kleinste, zwakste bewoners van een nabijgelegen sterrenkraamkamer genaamd NGC 1333. Gelegen op ongeveer 1, 000 lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Perseus, de stellaire cluster NGC 1333 is in astronomische termen redelijk dichtbij. Het is ook erg compact en bevat veel jonge sterren. Deze drie factoren maken het een ideale plek om stervorming in actie te bestuderen, vooral voor degenen die geïnteresseerd zijn in zeer zwakke, vrij zwevende objecten.

"De minst massieve bruine dwergen die tot nu toe zijn geïdentificeerd, zijn slechts vijf tot tien keer zwaarder dan de planeet Jupiter, ", legt Scholz uit. "We weten nog niet of zich zelfs objecten met een lagere massa vormen in stellaire kraamkamers. Met Webb, we verwachten voor de eerste keer ooit clusterleden te identificeren die zo nietig zijn als Jupiter. Hun aantal ten opzichte van forse bruine dwergen en sterren zal licht werpen op hun oorsprong en ons ook belangrijke aanwijzingen geven over het stervormingsproces in bredere zin."

Een vage grens

Objecten met een zeer lage massa zijn cool, wat betekent dat ze het grootste deel van hun licht uitstralen in infrarode golflengten. Het observeren van infrarood licht van telescopen op de grond is een uitdaging vanwege interferentie van de atmosfeer van de aarde. Vanwege de enorme omvang en het vermogen om infrarood licht met een ongekende gevoeligheid te zien, Webb is bij uitstek geschikt voor het vinden en karakteriseren van jonge vrij zwevende objecten met een massa van minder dan vijf Jupiters.

Het onderscheid tussen bruine dwergen en reuzenplaneten is wazig.

"Er zijn enkele objecten met een massa onder de 10-Jupiter-markering die vrij door de cluster zweven. Omdat ze niet om een ​​bepaalde ster draaien, we kunnen ze bruine dwergen noemen, of planetaire massa-objecten, omdat we niet beter weten, " zei teamlid Koraljka Muzic van de Universiteit van Lissabon in Portugal. "Aan de andere kant, sommige massieve reuzenplaneten kunnen fusiereacties hebben. En sommige bruine dwergen kunnen zich in een schijf vormen."

Er is ook de kwestie van "schurkenplaneten" - objecten die zich als planeten vormen en later uit hun zonnestelsel worden weggeslingerd. Deze vrij zwevende lichamen zijn gedoemd om voor altijd tussen de sterren te zwerven.

Tientallen tegelijk

Het team zal Webb's Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) gebruiken om deze verschillende objecten met een lage massa te bestuderen. Een spectrograaf breekt het licht van een enkele bron in zijn samenstellende kleuren zoals een prisma wit licht in een regenboog splitst. Dat licht draagt ​​vingerafdrukken die worden geproduceerd wanneer materiaal licht uitzendt of ermee in wisselwerking staat. Met spectrografen kunnen onderzoekers die vingerafdrukken analyseren en eigenschappen zoals temperatuur en samenstelling ontdekken.

NIRISS zal het team gelijktijdige informatie geven voor tientallen objecten. "Dat is de sleutel. Voor een ondubbelzinnige bevestiging van een bruine dwerg of schurkenplaneet moeten we de absorptiekenmerken van moleculen - voornamelijk water en methaan - in de spectra zien, " legt teamlid Ray Jayawardhana van Cornell University uit. "Spectroscopie is tijdrovend, en veel objecten tegelijk kunnen observeren helpt enorm. Het alternatief is om eerst foto's te maken, kleuren meten, kandidaten selecteren, en ga dan spectra nemen, wat veel meer tijd zal kosten en afhankelijk is van meer aannames."