21 augustus 2019

ALMA komt met nieuw bewijs voor jonge planeten in schijven rond jonge sterren

Artist’s impression van de transitieschijf rond een jonge ster.

Astronomen die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben de sterkste aanwijzing tot nu toe gevonden dat in de schijven van gas en stof rond vier jonge sterren recent planeten zijn ontstaan die enkele malen zoveel massa hebben als Jupiter. Metingen van het gas rond de sterren geeft meer inzicht in de eigenschappen van deze planeten.

Bij bijna elke ster worden planeten ontdekt, maar astronomen snappen nog steeds niet goed hoe – en onder welke omstandigheden – ze ontstaan. Om vragen als deze te kunnen beantwoorden, onderzoeken ze de draaiende schijven van gas en stof rond jonge sterren, waaruit planeten ontstaan. Maar deze schijven zijn klein en ver weg. Om ze te kunnen ontraadselen hadden ze een krachtige telescoop als ALMA nodig.

Astronomen die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben duidelijke verschillen ontdekt tussen de centrale gaten in het gas en het stof in de schijven rond vier jonge sterren. Dat is de sterkste aanwijzing tot nu toe dat in deze schijven recent planeten van enkele Jupitermassa’s zijn ontstaan. Dit schematische diagram laat zien hoe het stof (bruin) en gas (blauw) rond de ster is verdeeld, en hoe een jonge planeet het centrale gat schoonveegt.
Credit: ESO/M. Kornmesser.

Bepaalde schijven – de zogeheten transitieschijven – vertonen een verrassende afwezigheid van stof in hun centrum (het gebied rond de ster). Voor het ontstaan van deze raadselachtige gaten zijn twee mogelijke scenario’s bedacht. Het is denkbaar dat het omringende materiaal is weggeblazen of afgebroken door de sterke sterrenwind en intense straling van de ster1. Een andere mogelijkheid is dat het materiaal is opgeveegd door zware planeten-in-wording die om de ster cirkelen2.

ALMA-opname van de transitieschijf HD 135344B.

De ongeëvenaarde gevoeligheid en beeldscherpte van ALMA heeft een team van astronomen, onder leiding van Nienke van der Marel van de Leidse Sterrewacht, nu in staat gesteld om – nauwkeuriger dan ooit tevoren – de verdeling van het gas en stof in vier van deze transitieschijven in kaart te brengen3.

De nieuwe opnamen laten zien dat er aanzienlijke hoeveelheden gas in de ‘stofgaten’ zitten4. Maar tot verrassing van de astronomen vertoont ook het gas een gat, al is dat tot wel drie keer zo klein als het gat in het stof.

Dit kan alleen worden verklaard met het scenario waarbij pas gevormde zware planeten die om de ster cirkelen het gas hebben opgeveegd, en de stofdeeltjes in een verder naar buiten gelegen ‘stofval’ terecht zijn gekomen5.

ALMA-opname van de transitieschijf DoAr 44.

‘Eerdere waarnemingen hadden al aangegeven dat zich gas in de stofgaten bevindt,’ legt Nienke van der Marel uit. ‘Maar omdat ALMA het materiaal in de volledige schijf veel gedetailleerder in beeld kan brengen dan andere instrumenten, kunnen we het alternatieve scenario uitsluiten. De lege holte wijst er duidelijk op dat planeten van enkele Jupitermassa’s bezig zijn om de schijf schoon te vegen.’

Opmerkelijk is dat deze waarnemingen zijn verricht met slechts een tiende van het huidige oplossend vermogen van ALMA, omdat ze plaatsvonden toen de helft van de array op de Chajnantor-hoogvlakte in het noorden van Chili nog in aanbouw was.

Verder onderzoek zal nu moeten uitwijzen of ook andere transitieschijven in de richting van het schoonvegende-planetenscenario wijzen, alhoewel ALMA’s waarnemingen nu al waardevolle nieuwe inzichten over het ingewikkelde planeetvormingsproces hebben opgeleverd.

‘Alle transitieschijven met een groot stofvrij gat die tot nu toe onderzocht zijn, vertonen ook een gasholte. Dus met ALMA kunnen we nu gaan onderzoeken waar en wanneer reuzenplaneten in deze schijven geboren worden, en deze resultaten vergelijken met planeetvormingsmodellen,’ zegt Ewine van Dishoeck, tevens van de Leidse Sterrewacht en van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching6. ‘De rechtstreekse detectie van planeten valt maar net binnen het bereik van de huidige instrumenten, en de volgende generatie van telescopen die momenteel in aanbouw is, zoals de European Extremely Large Telescope, zullen veel verder kunnen gaan. ALMA laat zien waar ze moeten kijken.’

Bron: ESO.

  1. Dit proces, waarbij het stof en gas van binnen uit wordt opgeruimd, wordt foto-evaporatie genoemd. []
  2. Zulke planeten zijn niet gemakkelijk rechtstreeks waarneembaar (eso1310), en eerdere onderzoeken op millimetergolflengten (eso1325) hebben geen duidelijk beeld opgeleverd van de centrale planeetvormingsgebieden waar deze verschillende verklaringen getoetst zouden kunnen worden. Andere onderzoeken (eso0827) konden het leeuwendeel van het gas in deze schijven niet meten. []
  3. De vier doelwitten van dit onderzoek waren SR 21, HD 135344B (ook bekend als SAO 206462), DoAr 44 en Oph IRS 48. []
  4. Het gas in de transitieschijven bestaat grotendeels uit waterstof, maar wordt opgespoord door de straling van koolstofmonoxide (CO)-moleculen te detecteren. []
  5. Het begrip ‘stofval’ wordt in een eerder persbericht uitgelegd (eso1325). []
  6. Andere voorbeelden zijn de transitieschijven van HD 142527 (eso1301 en hier) en J1604-2130. []

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.