Originalveröffentlichung am 14.05.2025 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Forscher fanden Wassereis in einer staubigen Trümmerscheibe, die den sonnenähnlichen Stern HD 181327 umkreist
Wir wissen, daß Wasser in festem Zustand – als Eis – auf Monden existiert, die Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun umkreisen. Teleskope haben auch gefrorenes Wasser auf Zwergplaneten, Kometen und anderen Gesteinsbrocken entdeckt, die im Kuipergürtel am Rande unseres Sonnensystems „herumhängen“. Aber die Existenz von Wassereis um andere Sterne wurde jahrzehntelang nicht bestätigt.
Das James-Webb-Weltraumteleskop hat dies ohne Zweifel geändert: Daten seines NIRSpec (Nahinfrarot-Spektrographen) bestätigten das Vorhandensein von Wassereis in einer staubhaltigen Trümmerscheibe, die einen Stern namens HD 181327 umgibt.
Wassereis hat einen großen Einfluß auf die Bildung von Riesenplaneten und kann auch von Kometen zu fertig ausgebildeten Gesteinsplaneten gebracht werden. Jetzt, da die Forscher mit Webb Wassereis nachgewiesen haben, haben sie allen Wissenschaftlern die Tür geöffnet, um zu untersuchen, wie sich diese Prozesse – in vielen anderen Planetensystemen – in neuer Weise abspielen.
Ist gefrorenes Wasser in Systemen um andere Sterne verteilt? Astronomen gehen seit langem davon aus, zum Teil aufgrund früherer Entdeckungen seiner gasförmigen Form, des Wasserdampfs, und seiner Präsenz in unserem eigenen Sonnensystem.
Jetzt gibt es einen eindeutigen Beweis: Forscher bestätigten das Vorhandensein von kristallinem Wassereis in einer staubigen Trümmerscheibe, die einen 155 Lichtjahre entfernten, sonnenähnlichen Stern umkreist, anhand detaillierter Daten, die als Spektren von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop bekannt sind. (Der Begriff Wassereis gibt seine Zusammensetzung an, da auch viele andere gefrorene Moleküle im Weltraum beobachtet werden, wie z. B. Kohlendioxid-Eis oder „Trockeneis“.) Im Jahr 2008 deuteten Daten des ausgemusterten Spitzer-Weltraumteleskops der NASA auf die Möglichkeit von gefrorenem Wasser in diesem System hin.
„Webb entdeckte eindeutig nicht nur Wassereis, sondern sogar kristallines Wassereis, das auch in den Ringen des Saturn und den Eiskörpern im Kuipergürtel unseres Sonnensystems vorkommt“, so Chen Xie, Erstautor der neuen Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland.
Das gesamte gefrorene Wasser, das Webb entdeckte, ist mit feinen Staubpartikeln in der gesamten Scheibe gepaart – wie winzig kleine „schmutzige Schneebälle“. Die Ergebnisse wurden am Mittwoch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Astronomen haben seit Jahrzehnten auf diese definitiven Daten gewartet. „Als ich vor 25 Jahren Doktorand war, sagte mir mein Betreuer, daß es Eis in Trümmerscheiben geben müsse, aber vor Webb hatten wir keine Instrumente, die empfindlich genug waren, um diese Beobachtungen zu machen“, sagte Christine Chen, Mitautorin und Astronomin zugehörig am Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Was am meisten auffällt, ist, daß diese Daten den jüngsten Beobachtungen des Teleskops von Kuiper-Gürtel-Objekten in unserem eigenen Sonnensystem ähneln.“
Wassereis ist ein entscheidender Bestandteil in Scheiben um junge Sterne – es hat einen großen Einfluß auf die Bildung von Riesenplaneten und kann auch von kleinen Körpern wie Kometen und Asteroiden an voll ausgebildete Gesteinsplaneten geliefert werden. Jetzt, da die Forscher mit Webb Wassereis nachgewiesen haben, haben sie die Tür für alle Wissenschaftler geöffnet, um zu untersuchen, wie sich diese Prozesse in vielen anderen Planetensystemen auf neue Weise abspielen.
Felsen, Staub und Eis hetzen herum
Der Stern mit der Bezeichnung HD 181327 ist wesentlich jünger als unsere Sonne. Er ist schätzungsweise 23 Millionen Jahre alt, verglichen mit den 4,6 Milliarden Jahren der reiferen Sonne. Der Stern ist etwas massereicher als die Sonne, und er ist heißer, was zur Bildung eines etwas größeren Systems um ihn herum führte.
Die Beobachtungen von Webb bestätigen eine beträchtliche Lücke zwischen dem Stern und seiner Trümmerscheibe – ein großer Bereich, der frei von Staub ist. Weiter draußen ähnelt die Trümmerscheibe dem Kuiper-Gürtel unseres Sonnensystems, wo Zwergplaneten, Kometen und andere Eis- und Gesteinsbrocken zu finden sind (und manchmal miteinander kollidieren). Vor Milliarden von Jahren war unser Kuipergürtel wahrscheinlich ähnlich wie die Trümmerscheibe dieses Sterns.
„HD 181327 ist ein sehr aktives System“, so Chen. „In seiner Trümmerscheibe kommt es regelmäßig zu Kollisionen. Wenn diese Eiskörper kollidieren, setzen sie winzige Partikel aus staubigem Wassereis frei, die die perfekte Größe haben, um von Webb entdeckt zu werden.“
Gefrorenes Wasser – nahezu überall
Wassereis ist in diesem System nicht gleichmäßig verteilt. Der Großteil befindet sich dort, wo es am kältesten und am weitesten vom Stern entfernt ist. „Der äußere Bereich der Trümmerscheibe besteht zu über 20 % aus Wassereis“, so Xie.
Je genauer die Forscher schauten, desto weniger Wassereis fanden sie. In der Mitte der Trümmerscheibe entdeckte Webb etwa 8 % Wassereis. Vermutlich werden hier gefrorene Wasserteilchen etwas schneller produziert als zerstört. In dem Bereich der Trümmerscheibe, der dem Stern am nächsten liegt, entdeckte Webb fast kein Wassereis. Es ist wahrscheinlich, daß das ultraviolette Licht des Sterns die nächstgelegenen Wassereispartikel verdampft. Es ist auch möglich, daß Gesteinsbrocken, die als Planetesimale bekannt sind, gefrorenes Wasser in ihrem Inneren „eingeschlossen“ haben, das Webb dann nicht nachweisen kann.
Dieses Team und viele weitere Forscher werden weiterhin nach Wassereis in Trümmerscheiben und sich lebhaft bildenden Planetensystemen in unserer Milchstraße suchen – und untersuchen. „Das Vorhandensein von Wassereis erleichtert die Planetenbildung“, so Xie. „Eisige Materialien können auch an terrestrische Planeten ‘geliefert’ werden, die sich in Systemen wie diesem im Laufe von ein paar hundert Millionen Jahren bilden können.“
Die Forscher beobachteten HD 181327 mit Webb’s NIRSpec (Nahinfrarot-Spektrographen), der sehr empfindlich auf extrem lichtschwache Staubteilchen reagiert, die nur aus dem Weltraum entdeckt werden können.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation).
Trümmerscheibe um den Stern HD 181327 (Künstlerischer Entwurf)
Über das Bild: Mit NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop haben Forscher zum ersten Mal das Vorhandensein von kristallinem Wassereis in einer staubigen Trümmerscheibe bestätigt, die einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Das gesamte von Webb entdeckte gefrorene Wasser ist in der gesamten Scheibe mit feinen Staubpartikeln gepaart. Der Großteil des beobachteten Wassereises befindet sich dort, wo es am kältesten und am weitesten vom Stern entfernt ist. Je näher am Stern die Forscher schauten, desto weniger Wassereis fanden sie.