30 maart 2020

ALMA ontdekt onverwacht koude stofdeeltjes in planeet-vormende schijf

De protoplanetaire schijf 'Vliegende Schotel' rond de ster 2MASS J16281370-2431391

De protoplanetaire schijf ‘Vliegende Schotel’ rond de ster 2MASS J16281370-2431391. Alle afbeeldingen: Credit Digitized Sky Survey 2/NASA/ESA

Astronomen hebben met de telescopen ALMA en IRAM voor het eerst een rechtstreekse meting gedaan van de temperatuur van de grote stofdeeltjes in het buitenste deel van een planeet-vormende schijf rond een jonge ster. Door een nieuwe techniek toe te passen op een object dat de bijnaam Vliegende Schotel draagt, hebben zij ontdekt dat de deeltjes veel kouder zijn dan verwacht: -266 graden Celsius. Dit verrassende resultaat wijst erop dat de bestaande schijfmodellen moeten worden bijgesteld.

Het internationale team, onder leiding van Stephane Guilloteau van het Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux in Frankrijk, heeft de temperatuur gemeten van grote stofdeeltjes rond de jonge ster 2MASS J16281370-2431391 in het spectaculaire Rho Ophiuchi-stervormingsgebied op ongeveer 400 lichtjaar van de aarde.

Deze ster is omringd door een schijf van gas en stof. Zulke schijven worden protoplanetaire schijven genoemd, omdat ze het beginstadium van het planeetvormingsproces vertonen. Deze specifieke schijf zien we bijna van opzij, wat hem de bijnaam Vliegende Schotel heeft opgeleverd.

De protoplanetaire schijf ‘Vliegende Schotel’ rond de ster 2MASS J16281370-2431391. Credit:ESO/NASA/ESA

De astronomen gebruikten ALMA om de gloed waar te nemen die afkomstig is van de koolstofmonoxide-moleculen in de schijf van 2MASS J16281370-2431391. Dat heeft behalve heel scherpe opnamen ook een bijzondere ontdekking opgeleverd: op sommige plekken zagen ze een negatief signaal! Normaal gesproken is een negatief signaal onmogelijk, maar in dit geval is er een verklaring voor. En die resulteert in een verrassende conclusie.

Hoofdauteur Stephane Guilloteau steekt van wal: ‘Deze schijf wordt niet waargenomen tegen een zwarte en lege hemelachtergrond. In plaats daarvan zien we hem afsteken tegen de gloed van de Rho Ophiuchi-nevel. Deze gloed is te uitgestrekt om door ALMA gedetecteerd te worden, maar wordt wel door de schijf geabsorbeerd. Het resulterende negatieve signaal betekent dat delen van de schijf kouder zijn dan de achtergrond. De Vliegende Schotel werpt letterlijk zijn schaduw over de aarde!

Het Rho Ophiuchi-stervormingsgebied in het sterrenbeeld Slangendrager

Het Rho Ophiuchi-stervormingsgebied in het sterrenbeeld Slangendrager

Het team combineerde de ALMA-metingen van de schijf met waarnemingen van de achtergrondgloed die zijn gedaan met de 30-meter IRAM-telescoop in Spanje[1]. Daaruit leiden ze af dat de schijfdeeltjes op ongeveer 15 miljard kilometer van de centrale ster[2] een temperatuur van slechts -266 graden Celsius hebben (slechts 7 graden boven het absolute nulpunt oftewel 7 kelvin). Het is voor het eerst dat de temperatuur van grote deeltjes (met afmetingen van ongeveer een millimeter) in zo’n object rechtstreeks is gemeten.

De temperatuur is veel lager dan de -258 tot -253 graden Celsius (15 tot 20 kelvin) die de meeste modellen van dit moment voorspellen. Deze discrepantie wijst erop dat de grote stofdeeltjes heel andere eigenschappen hebben dan die modellen veronderstellen.

Het Rho Ophiuchi-stervormingsgebied in het sterrenbeeld Slangendrager

Het Rho Ophiuchi-stervormingsgebied in het sterrenbeeld Slangendrager

Om de gevolgen van deze ontdekking voor de schijfstructuur te kunnen inschatten, zullen we moeten onderzoeken welke plausibele stofeigenschappen in zulke lage temperaturen kunnen resulteren. We hebben wel wat ideeën – bijvoorbeeld dat de temperatuur afhankelijk kan zijn van de afmetingen van de deeltjes, waardoor grotere deeltjes koeler zijn dan kleinere – maar het is nog te vroeg om daar zeker van te zijn,’ aldus mede-auteur Emmanuel di Folco (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux).

Als deze lage stoftemperaturen een normale eigenschap blijken te zijn van protoplanetaire schijven, kan dat allerlei gevolgen hebben voor ons begrip van de manier waarop zij ontstaan en evolueren.

Zo zijn andere stofeigenschappen van invloed op wat er gebeurt wanneer deze deeltjes met elkaar in botsing komen, en dus op hun rol als planetaire ‘groeikernen’. Of de vereiste verandering in stofeigenschappen in dit opzicht significant is of niet, kan nog niet worden ingeschat.

Lage stoftemperaturen kunnen ook een grote uitwerking hebben op de kleinere stofschijven die we kennen. Als deze schijven voornamelijk bestaan uit grotere, maar koelere stofdeeltjes dan momenteel wordt verondersteld, zou dat betekenen dat deze compacte schijven veel meer massa kunnen hebben en dus in staat moeten zijn om grote planeten te vormen op relatief geringe afstand van de centrale ster.

Er zijn meer waarnemingen nodig, maar het lijkt erop dat het koelere stof dat met ALMA is waargenomen significante gevolgen kan hebben voor onze kijk op protoplanetaire schijven. Bron: ESO.

  1. De IRAM-metingen waren nodig, omdat ALMA zelf niet gevoelig was voor het uitgestrekte achtergrondsignaal. []
  2. Dit komt overeen met honderd keer de afstand zon-aarde. In ons zonnestelsel is op die plek de Kuipergordel te vinden. []

Comments

  1. Dus de buitenkant is ook beter geïsoleerd van de binnenliggende ster?
    Dus hogere temperaturen voor de binnenste materialen, versnelt proces?

    Ps:Het artikel moeten wel even wat duidelijker maken dat dit allemaal door radio-telescopen is gedaan.

  2. “Het is voor het eerst dat de temperatuur van grote deeltjes (met afmetingen van ongeveer een millimeter) in zo’n object rechtstreeks is gemeten.”

    Met hoeveel korrels zout moet ik dit lezen? Wel spectaculair dat je op 400 lichtjaar afstand een millimeter groot noemt en dat ook nog kan meten.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: