Astronomen doen de eerste duidelijke detectie van een maan-vormende schijf rond een exoplaneet

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, hebben astronomen voor het eerst een duidelijke schijf rond een planeet buiten ons zonnestelsel gedetecteerd. De waarnemingen zullen nieuw licht werpen op de vorming van planeten en manen in jonge stersystemen.

‘Ons onderzoek heeft geresulteerd in een duidelijke detectie van een schijf waarin zich manen zouden kunnen vormen’, zegt Myriam Benisty, onderzoeker aan de Universiteit van Grenoble, Frankrijk, en aan de Universiteit van Chili, die leiding gaf aan het nieuwe onderzoek dat vandaag in The Astrophysical Journal Letters is gepubliceerd. ‘Onze ALMA-waarnemingen werden verkregen met zo’n voortreffelijke resolutie, dat we duidelijk konden vaststellen dat de schijf bij de planeet hoort en dat we ook de omvang ervan hebben kunnen schatten’, voegt ze eraan toe.

De schijf in kwestie, een zogeheten circumplanetaire schijf, omringt de exoplaneet PDS 70c, een van de twee reusachtige, Jupiter-achtige planeten die om een ster op bijna 400 lichtjaar afstand draaien. Astronomen hadden al eerder aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een ‘maan-vormende’ schijf rond deze exoplaneet, maar omdat ze de schijf niet duidelijk konden onderscheiden van zijn omgeving, konden ze de detectie ervan niet bevestigen – tot nu toe dan.

Daarnaast hebben Benisty en haar team met behulp van ALMA ontdekt dat de diameter van de schijf ongeveer gelijk is aan de afstand van onze zon tot de aarde. De schijf bevat genoeg massa om drie satellieten ter grootte van onze maan te vormen.

Maar de resultaten zijn niet alleen van belang om erachter te komen hoe manen ontstaan. ‘Deze nieuwe waarnemingen zijn ook uiterst belangrijk om theorieën over planeetvorming te bewijzen die tot nu toe niet konden worden getoetst’, zegt Jaehan Bae, onderzoeker van het Earth and Planets Laboratory van de Carnegie Institution for Science, VS, en auteur van het onderzoek.

Planeten vormen zich in de stoffige schijven rond jonge sterren. Tijdens hun ‘groei’ veroorzaken ze holtes in de circumstellaire schijf doordat ze materiaal opslokken. Tijdens dit proces kan een planeet zijn eigen circumplanetaire schijf ontwikkelen, die bijdraagt ??aan de groei van de planeet door de hoeveelheid materiaal die erop valt te reguleren. Tegelijkertijd kunnen het gas en stof in de cirkelvormige schijf samenklonteren tot steeds grotere brokstukken, wat uiteindelijk tot de vorming van manen leidt.

Maar astronomen begrijpen de details van deze processen nog niet volledig. ‘Kortom, het is nog steeds onduidelijk wanneer, waar en hoe planeten en manen ontstaan’, aldus ESO Research Fellow Stefano Facchini, die ook bij het onderzoek betrokken was.

‘Er zijn tot nu toe meer dan 4000 exoplaneten ontdekt, maar die maken allemaal deel uit van volwassen planetenstelsels. PDS 70b en PDS 70c, die een stelsel vormen dat aan het duo Jupiter en Saturnus doen denken, zijn de enige twee tot nu toe gedetecteerde exoplaneten die nog in aanbouw zijn’, zegt Miriam Keppler, onderzoeker aan het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland en een van de co-auteurs van het onderzoek.

‘Dit stelsel biedt ons daarom een unieke kans om de processen van planeet- en maanvorming te observeren en te bestuderen’, voegt Facchini daaraan toe.

PDS 70b en PDS 70c, de twee planeten die het stelsel vormen, werden in respectievelijk 2018 en 2019 ontdekt met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT), en vanwege hun unieke karakter zijn ze sindsdien vele malen met andere telescopen en instrumenten waargenomen ^[1]PDS 70b is ontdekt met behulp van het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument, terwijl PDS 70c is opgespoord met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de … Lees verder.

Dankzij de nieuwste ALMA-waarnemingen met hoge resolutie hebben astronomen nu meer inzicht in het systeem gekregen. Daarbij konden ze niet alleen het bestaan van de circumplanetaire schijf rond PDS 70c bevestigen, en zijn omvang en massa bepalen, maar ontdekten ze ook dat PDS 70b geen duidelijke sporen van zo’n schijf vertoont. Dat wijst erop dat al het stof in zijn omgeving is opgemaakt door buurplaneet PDS 70c.

Een nog beter beeld van het planetenstelsel zal worden verkregen met ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in aanbouw is op Cerro Armazones in de Chileense Atacama-woestijn. ‘De ELT zal van groot belang zijn voor dit onderzoek, omdat we met zijn veel hogere resolutie in staat zullen zijn om het stelsel tot in detail in kaart te brengen’, zegt co-auteur Richard Teague, een onderzoeker bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, VS. Met name door gebruik te maken van de ELT’s Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS), zal het team de gasbewegingen rond PDS 70c in kaart kunnen brengen om zo een volledig 3D-beeld van het stelsel te krijgen. Bron: ESO.