22 september 2017

Inzoomen op de geboorteomgevingen van planeten

De morfologie van protoplanetaire schijven rond jonge sterren biedt inzicht in hoe planeten zich vormen. Hoge contrastwaarnemingen maken het mogelijk om de oppervlaktelaag van deze planeetvormende schijven te detecteren in het sterlicht dat van kleine stofkorrels reflecteert. Sterrenkundige Tomas Stolker gebruikte het SPHERE-instrument van de Very Large Telescope in Chili en onthulde bijzondere substructuren in een aantal protoplanetaire schijven. Hij promoveerde afgelopen donderdag (7 september) aan de Universiteit van Amsterdam.

Tot op heden zijn al enkele duizenden exoplaneten ontdekt, vertelt Stolker. Zij vertonen een grote diversiteit in hun baanarchitecturen, massa’s, doorsnedes en temperaturen. ‘Deze planeten zijn gevormd in zogenoemde protoplanetaire schijven. Dat gebeurde gedurende de eerste tien miljoen jaar van het leven van een ster’, aldus Stolker. De vorming van planeten is een erg complex proces, dat slechts gedeeltelijk begrepen wordt. Stolker paste hoge contrastwaarneemtechnieken toe om de morfologie van dit soort schijven in kaart te brengen. Die morfologie wordt mogelijk beïnvloed door de vorming van planeten.

Hoge contrastwaarnemingen

‘Het is een grote uitdaging om protoplanetaire schijven waar te nemen in verstrooid licht omdat de centrale ster vele malen helderder is dan het verstrooide licht van de schijf’, vertelt Stolker. ‘Bovendien staan de dichtstbijzijnde stervormingsgebieden op een afstand van 500 lichtjaar van de aarde, waardoor de hoekgrootte van een protoplanetaire schijf ongeveer 2000 keer kleiner is dan de hoekgrootte van de maan.’

Stolker gebruikte het hoge contrastvermogen van SPHERE  om schijfmorfologieën te detecteren met hoge ruimtelijke resolutie. SPHERE is de afkorting van Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research instrument. Het is een krachtige planetenjager die gekoppeld is de Very Large Telescope, een Europese telescoop in Chili. Het doel van SPHERE is het detecteren en onderzoeken van nieuwe grote exoplaneten bij nabije sterren met behulp van direct imaging. Stolker gebruikte differentiële waarneemtechnieken om het heldere sterlicht te verwijderen, in combinatie met het adaptieve optische systeem van SPHERE dat het vertroebelende effect van de atmosfeer van de aarde corrigeert.

Schaduwen, spiraalarmen, uithollingen en stof

Stolker bestudeerde meerdere protoplanetaire schijven met SPHERE en kwam tot de conclusie dat al deze schijven fascinerende structuren bevatten. Zo ontdekte hij schaduwen op twee van de onderzochte schijven, die waarschijnlijk worden geworpen door de schijfgebieden vlakbij de ster. Met meerdere waarnemingen heeft hij laten zien dat de schaduwen bij een van de sterren binnen enkele dagen al veranderen door de variërende dynamica van het gas en stof.

Stolker construeerde ook een stralingstransportmodel dat de aanwezigheid van twee schaduwen op een andere schijf verklaart: ‘Dat deed ik met een binnenschijf die onder een grote hoek staat ten opzichte van de buitenschijf, wat mogelijk is veroorzaakt door een nog onontdekte planeet.’ Spiraalarmen en uithollingen werden ook meerdere malen waargenomen. Stolker: ‘Deze substructuren zijn mogelijk ontstaan door de vorming van Jupiter-achtige planeten, die voor dichtheidsgolven in de schijf zorgen en het gas en stof rond hun baan opvegen.’

Bron: Universiteit van Amsterdam

Laat wat van je horen

*