Mysterieuze rimpelingen ontdekt bij planeetvormende schijf

Astronomen hebben nog nooit eerder waargenomen structuren ontdekt in een stofschijf rond een nabije ster. Ze gebruikten daarvoor opnamen met de Very Large Telescope van ESO en de Hubble Space Telescope van NASA/ESA. De snel bewegende, golfachtige structuren in de schijf rond de ster AU Microscopii lijken in niets op wat ooit is gezien of voorspeld. De resultaten worden op 8 oktober gepubliceerd in het het tijdschrift Nature.

AU Microscopii, of AU Mic, is een jonge, nabije ster omgeven door een grote stofschijf ^[1]AU Microscopii bevindt zich op slechts 32 lichtjaar van de aarde. De stofschijf bestaat hoofdzakelijk uit planetoïden die zo hard met elkaar gebotst zijn dat ze tot stof zijn vermalen.. Onderzoek aan zulke stofschijven geeft inzicht in hoe planeten, die uit dit soort schijven ontstaan, worden gevormd.Sterrenkundigen onderzoeken de schijf van AU Mic al langer, maar in 2014 zochten de astronomen voor het eerst met het nieuwe SPHERE-instrument van de Very Large Telescope. Ze ontdekten iets bijzonder vreemds.

“Onze waarnemingen lieten wat onverwachts zien” zegt Anthony Boccaletti van het Observatoire de Paris (Frankrijk), eerste auteur van de publicatie. “De afbeeldingen die we met SPHERE maakten, tonen een reeks onverklaarbare, boogachtige of golfachtige structuren die niet lijken op wat iemand ooit heeft gezien.” In de nieuwe afbeeldingen zijn vijf golfachtige bogen te zien op verschillende afstanden van de ster. Ze doen denken aan rimpelingen in water. Toen de onderzoekers deze vreemde structuren zagen op de nieuwe SPHERE-foto’s besloten ze oude opnamen erbij te pakken die de Hubble Space Telescope in 2010 en 2011 had gemaakt ^[2]De gegevens zijn verzameld door Hubble’s Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).. Ook op die foto’s bleken de vreemde structuren te staan. De sterrenkundigen legden de foto’s op een rij en konden nu zien dat de structuren in de loop der tijd waren veranderd. Het bleek dat de rimpelingen bewogen. En snel ook.

“We konden met behulp van de gegevens van Hubble de beweging van deze vreemde structuren gedurende vier jaar laten zien,” aldus onderzoeker Christian Thalmann (ETH Zürich, Switzerland). “We ontdekten dat de bogen van de ster af bewegen met een snelheid van meer dan 40.000 kilometer per uur!</em” De structuren verder weg van de ster lijken nog sneller te bewegen dan die dicht bij de ster. Minstens drie structuren bewegen zo snel dat ze aan de aantrekkende zwaartekracht van de ster kunnen ontsnappen. Zulke hoge snelheden sluiten uit dat het normale structuren zijn die ontstaan als objecten (zoals planeten) de stofschijf verstoren als ze om de ster heen draaien. Er moet iets anders zijn dat ervoor zorgt dat de rimpelingen zo snel bewegen ^[3]Doordat we tegen de rand van de schijf aan kijken, is het lastig om de driedimensionale structuur te interpreteren.. “Alles aan de ontdekking was behoorlijk verrassend!” zegt co-auteur Carol Grady van Eureka Scientific (Verenigde Staten). “En omdat zoiets nog nooit was waargenomen of voorspeld, kunnen we tot nu toe allen maar gissen naar wat we nou precies zien en hoe het ontstaan is.” Het team kan niet met zekerheid zeggen waardoor de mysterieuze rimpelingen rond de ster zijn ontstaan. Ze hebben in ieder geval een aantal mogelijke verklaringen uitgesloten. Zo zijn de rimpelingen niet te verklaren door de botsing van twee grote, zeldzame planetoïde-achtige objecten die voor enorme hoeveelheden stof zorgen. En het komt ook niet door spiraalvormige golven die zouden kunnen ontstaan door een instabiel zwaartekrachtssysteem.

Andere ideeën lijken veelbelovender. “Een van de verklaringen voor de vreemde structuur heeft te maken met de zonnevlammen van de ster. AU Mic heeft een hoge zonneactiviteit. Er komen vaak enorme uitbarstingen van energie bij het oppervlak van de ster voor,” legt co-auteur Glenn Schneider van Steward Observatory (Verenigde Staten) uit. “Een van die enorme vlammen heeft misschien iets in gang gezet bij een van de planeten. Als er planeten zijn, tenminste. Er kan bijvoorbeeld materiaal van de planeet zijn afgerukt. Dat zou dan nu door de stofschijf vliegen, voortgestuwd door de kracht van de zonnevlam.”

“Het is erg bevredigend om te zien dat we al in het eerste jaar van SPHERE dit soort stofschijven kunnen onderzoeken,” voegt Jean-Luc Beuzit toe. Hij is coauteur en hij leidde de totstandkoming van het SPHERE-instrument.Het team gaat AU Mic verder onderzoeken met behulp van SPHERE en met andere observatoria zoals ALMA. De onderzoekers willen begrijpen wat er precies gebeurt. Maar voorlopig blijven deze vreemde structuren nog even een onopgelost mysterie. Bron: ESO.