Een bruisende sterrenkraamkamer in de pittoreske Orionnevel zal een onderwerp van studie zijn voor NASA's James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in 2021. Een team onder leiding van Mark McCaughrean, de Webb interdisciplinaire wetenschapper voor stervorming, zal een binnengebied van de nevel onderzoeken, genaamd de Trapeziumcluster. Deze cluster is de thuisbasis van een duizendtal jonge sterren, allemaal opeengepakt in een ruimte van slechts 4 lichtjaar in doorsnede - ongeveer de afstand van onze zon tot Alpha Centauri.

"Dat is een locatie waar veel zeer jonge sterren zijn die ongeveer een miljoen jaar oud zijn, " legde McCaugrean uit, die ook de senior adviseur voor wetenschap en exploratie van de European Space Agency is. "Een miljoen jaar lijkt misschien niet erg jong, maar als ons zonnestelsel een persoon van middelbare leeftijd was, de sterren in deze cluster zijn slechts baby's, drie of vier dagen oud. Er zijn dus allerlei interessante dingen met hen aan de hand die we tegenwoordig niet zien bij de oudere sterren om ons heen. We zijn erg geïnteresseerd in hoe sterren en hun planetenstelsels zich in de allereerste stadia ontwikkelen."

Waarom de Orionnevel? "Orion is het dichtstbijzijnde gebied van massieve stervorming bij de zon, " zei McCaughrean. "Er zijn plaatsen dichter bij de zon waar jonge, sterren met een lage massa, maar er is geen dichterbij die zowel grote sterren als de allerkleinste objecten heeft."

McCaughrean en zijn team zullen drie interessante fenomenen in de Trapezium Cluster bestuderen. Eerst, zij zullen de verspreiding van de massa's jonge objecten in dit cluster in kaart brengen. Volgende, ze zullen de allereerste fasen van planeetvorming rond de jonge sterren van de cluster onderzoeken. Eindelijk, het team zal het materiaal bestuderen dat veel van de jonge sterren in jets en uitstromen uitstoten. De waarnemingen maken deel uit van een Guaranteed Time Observations (GTO)-programma dat aan McCaughrean is toegekend vanwege zijn rol als Webb Interdisciplinair Wetenschapper.

De sterren en andere jonge voorwerpen sorteren

Afgezien van het onderzoeken van de jonge sterren van de cluster, de wetenschappers zullen kijken naar lichamen met massa's onder de sterren, bruine dwergen genoemd. Dit zijn objecten die zich als sterren vormen door de zwaartekracht ineenstorting van wolken van gas en stof, maar omdat ze niet genoeg materiaal hebben, ze ontwikkelen nooit de temperaturen en de druk in hun centra die nodig zijn om waterstof te fuseren.

Ze zullen ook kleinere objecten onderzoeken, equivalent in massa aan Jupiter of zelfs Saturnus. genaamd "vrij zwevend, planetaire massa-objecten, " ze zijn niet in een baan rond een ster. Het is een open vraag of ze zich vormen zoals andere planeten doen - door gas en stof aan te trekken van een protoplanetaire schijf die is overgebleven van stervorming.

Is zo'n object oorspronkelijk gevormd als een planeet rond een ster, of is het gevormd uit hetzelfde gas en stof waaruit de sterren zijn ontstaan, op zichzelf? McCaughrean en zijn team proberen die vraag te beantwoorden. "Kunnen we een soort van kenmerken vinden die deze extreem lage massa-objecten vertonen om ons te helpen bepalen of ze geïsoleerd zijn gevormd, of liever eigenlijk werden gevormd als planeten in een baan rond sterren, en werd eruit gegooid in een soort van interactie?"

De wetenschappers zullen veelkleurige Webb-afbeeldingen gebruiken om objecten met een zeer lage massa te vinden en vervolgens kijken hoeveel van deze objecten er in verschillende massacategorieën zijn, bijvoorbeeld, hoeveel zijn er als de zon; hoeveel zijn een tiende van de massa van de zon; en hoeveel zijn een honderdste van de massa van de zon. Ze zullen Webb ook gebruiken om hun atmosfeer te analyseren. Deze informatie zal de onderzoekers veel vertellen over hoe deze lichamen gevormd moeten zijn en hoe ze zullen evolueren naarmate ze ouder worden.

De silhouetten bestuderen

Sommige pasgeboren sterren in deze kraamkamer worden omringd door schijven van gas en stof die als silhouetten verschijnen tegen de heldere nevel. Astronomen zijn van mening dat er binnen deze schijven planeten zouden moeten ontstaan. McCaughrean en zijn team zullen Webb's hoge resolutie, infraroodbeeldvorming om de afmetingen van deze schijven te meten. Door ze te vergelijken met zichtbare beelden gemaakt met de Hubble Ruimtetelescoop, het team leert over de samenstelling van het stof, die hen zal helpen de allereerste fasen van planeetvorming te begrijpen.

De jets en uitstromen onderzoeken

Terwijl jonge sterren materiaal verzamelen van het gas en stof dat hen omringt, de meesten werpen ook een fractie van dat materiaal weer uit hun poolgebieden in jets en uitstromen. Dit proces is een integraal onderdeel van stervorming. Omdat de Orionnevel de thuisbasis is van velen, veel jonge sterren, er zijn veel jets en uitstromen in de regio, zowel groot als klein. Het team zal Webb gebruiken om de fijne structuren in deze uitstromen te meten en hun snelheden te bepalen, evenals hun cumulatieve feedback op de omringende stervormende wolken beoordelen.

Waarom Webb?

Als sterren heel jong zijn, ze zijn omgeven door het gas en stof waaruit ze zijn gemaakt. Het stof absorbeert het zichtbare golflengtelicht en verbergt de sterren achter een ondoorzichtig scherm. Maar licht met een lange golflengte kan het stof doordringen, en daarom, zelfs als astronomen de sterren in zichtbaar licht niet kunnen zien, ze zijn vaak nog detecteerbaar in het infrarood.

Ook, wanneer objecten jong zijn en zich nog vormen, ze worden niet bijzonder heet. Dit betekent dat ze niet fel gloeien in zichtbare golflengten, maar in plaats daarvan zenden ze het grootste deel van hun licht uit in het infrarood. Infraroodstudies met telescopen op de grond hebben aangetoond dat er veel bruine dwergen zijn in de Trapeziumcluster, maar ze hebben geen jonge objecten kunnen vinden die kleiner zijn dan de massa van ongeveer drie Jupiters. Daar zijn twee redenen voor.

Eerst, De atmosfeer van de aarde tussen de grond en de objecten die worden bestudeerd, gloeit helder in het infrarood. "Op een manier, het is een beetje alsof je overdag zichtbare golflengteastronomie probeert te doen, " legde McCaughrean uit. "Je kunt relatief heldere dingen zien tegen die gloed, maar heel vage dingen zie je niet. Webb zal boven de gloeiende atmosfeer van de aarde zijn en het mogelijk maken."

De tweede reden is dat, in tegenstelling tot telescopen op de grond, Webb zelf zal erg koud zijn. "Mensen zijn warm en gloeien in het infrarood; telescopen op de grond gloeien ook in het infrarood, "zei McCaughrean. "Dus, als je bij deze coole komt, drie-Jupiter-massa objecten, bijna al het licht komt naar buiten op vrij lange golflengten waar de telescoop zelf heel fel gloeit. In de ruimte, je kunt een telescoop afkoelen tot een punt waarop hij helemaal niet gloeit in die golflengten. En dat betekent dat je ineens al deze nieuwe, erg zwak, jonge voorwerpen met een extreem lage massa, dingen die je vanaf de grond nooit zult zien."

Webb, een krachtige, infrarode ruimtetelescoop, zal dus op unieke wijze in staat zijn om deze jonge sterren te bestuderen, bruine dwergen, en vrij zwevende planetaire massa-objecten, evenals hun protoplanetaire schijven, jets, en uitstromen, in regio's zoals de Orionnevel.

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma onder leiding van NASA met haar partners, ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.