Jonge sterren worden gevoed met materie via hun magnetische veldlijnen

Impressie van een jonge ster die via z´n magnetische veldlijnen materie krijgt aangevoerd. Credit: A. Mark Garlick

Met behulp van het GRAVITY instrument zijn sterrenkundigen erin geslaagd om jonge sterren in hun onmiddellijke nabijheid te bestuderen. Daaruit blijkt dat een al dertig jaar oude theorie inderdaad juist is, namelijk dat jonge sterren materiaal vanuit de omringende accretieschijf aangeleverd krijgen via hun magnetische veldlijnen.

GRAVITY is verbonden aan alle vier grote VLT telescopen van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), gezamenlijk kunnen ze details zien waar een 100 meter telescoop voor nodig is. Met GRAVITY keken ze onder andere naar TW Hydrae, een jonge T-Tauri ster (5-10 miljoen jaar oud) op 196 lichtjaar afstand. Die ster is omgeven door een accretieschijf van gas en stof en gezien vanaf de aarde kijken we recht van boven op de schijf. Je zou verwachten dat materie vanuit het binnenste deel van de accretieschijf op de ster valt en dat deze zo in massa groeit. Maar dat blijkt niet het geval te zijn en de oorzaak is de bekende wet van behoud van impulsmoment. Daardoor heeft de materie een bepaalde snelheid in haar baan om de jonge ster en is het lastig om direct naar de ster te vallen. Het blijkt dat materie binnen tien keer de straal van de ster zich door die behoudswet anders gaat gedragen. Stof in de accretieschijf lijkt tot een afstand van 7,5 keer de straal van de ster te kunnen voorkomen, gas tot 3,5 sterstralen (zie afbeelding hieronder).

Het proces van magnetosferische accretie bij jonge sterren. Credit: MPIA graphics department

Dertig jaar geleden kwam Max Camenzind (Landessternwarte Königstuhl) met een theorie om het probleem van de invallende materie op te lossen: sterren hebben een magnetisch veld en via hun magnetische veldlijnen zou de materie naar de ster kunnen vloeien. Dat wordt magnetosferische accretie genoemd, iets dat drie decennia hypothetisch was. Maar nu is het dus daadwerkelijk waargenomen en wel met het GRAVITY instrument vij TW Hydrae. Rebeca García López en haar collegae konden met GRAVITY een emissielijn waarnemen, die Brackett-? (kortweg Br?) wordt genoemd. De straling komt van een gebied dat maximaal 3,5 keer de straal van TW Hydrae vandaan ligt, da’s drie miljoen km, acht keer de afstand aarde-maan. Dat ligt kan niet afkomstig zijn van de accretieschijf, volgens de behoudswet, en het kan ook niet afkomstig zijn van de ster zelf, dus moet het wel komen van materie die via de magnetische veldlijnen vanuit het binnenste deel van de accretieschijf naar de ster vloeit. Hier het vakartikel over de waarnemingen, verschenen in Nature. Bron: Max Planck.

Concentratie van stof bij jonge ster zou op geboorte van planeet kúnnen wijzen

Credits: ALMA / Takashi Tsukagoshi et al.

Bij de jonge ster TW Hydrae, gelegen in het sterrenbeeld Waterslang (Hydra) op 194 lichtjaren afstand, hebben sterrenkundigen met behulp van ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Chili een kleine, maar dichte concentratie van stof gevonden in de stofschijf die zich om de ster bevindt. Het vermoeden bestaat dat die concentratie van een zich vormende planeet is. De uit diverse concentrische ringen bestaande stofschijf zelf is al langer bekend, maar door nieuwe waarnemingen bij betere resoluties heeft men met ALMA in de zuidwestelijke hoek van de stofschijf een concentratie gezien, die je op de afbeelding hierboven ziet. De concentratie is wat uitgerekt en de lange as loopt evenwijdig aan de rotatierichting van het stof rondom de ster. De breedte van de concentratie is ongeveer de afstand zon-aarde (150 miljoen km), in de lengte is dat pakweg vier en een half keer die afstand. Eigenlijk zijn er twee verklaringen voor de concentratie: er zou zich daar een ‘circumplanetaire stofschijf’ kunnen bevinden, waar een Neptunus-achtige planeet aan het ontstaan is óf er wordt door rondvliegend gas stof voor zich uitgeduwd, wat zich opeenhoopt.

Impressie van de stofschijf rondom TW Hydrae. credit: L. Calçada / ESO.

Toch komt de helderheid en de lange vorm van de stofconcentratie niet overeen met theoretische modellen van circumplanetaire stofschijven, dus helemaal zeker van die verklaring is men niet. In dit verband is het interessant te melden dat onlangs ook bij een exoplaneet bij een andere jonge ster mógelijk een circumplanetaire stofschijf is ontdekt en wel bij de exoplaneet PDS 70b. Men is van plan om met ALMA te proberen de temperatuurverdeling in de stofconcentratie te meten en met de Subaru 8,2 meter telescoop op Hawaï om in infrarood te kijken of er heet gas rondom de mogelijke planeet-in-wording aanwezig is. Dat zou dan meer duidelijkheid moeten geven over wat daar precies gaande is. Wordt dus vervolgd. Hier voor de liefhebbers het vakartikel over TW Hydrae, dat op 10 juni verscheen in the Astrophysical Journal Letters. Bron: NAO.

Vormt een vreemde schaduw bij een jonge ster bewijs voor een pasgeboren planeet?

Credit: NASA, ESA and J. Debes (STScl))

Astronomen hebben wellicht een geheel nieuwe manier gevonden om exoplaneten te detecteren. Men heeft namelijk een bizarre schaduw waargenomen in de planeetvormende schijf rondom de jonge ster TW Hydrae. De schaduw wordt wellicht geworpen door een onzichtbare planeet die door die schijf heen beweegt. Dit blijkt uit maar liefst 18 jaar aan waarnemingen die verricht zijn aan TW Hydrae, die zo’n acht miljoen jaar oud is en zich bevindt op een afstand van 192 lichtjaar. Aan de hand van foto’s die gemaakt zijn door de Hubble-ruimtetelescoop is gebleken dat de schaduw iedere 16 jaar rondom de moederster draait.

Animatie van de waargenomen schaduw. Als het filmpje niet automatisch start, dan moet je er even op klikken. Credit: NASA, ESA and J. Debes (STScl))

Volgens de betrokken onderzoekers vormt een onzichtbare planeet de beste verklaring voor dit fenomeen. Als dat klopt, dan is het overigens niét de planeet zelf die de schaduw werpt. In plaats daarvan zorgt de zwaartekracht van de planeet voor verstoringen in de binnendelen van de schijf. Hierdoor wordt zonlicht tegengehouden, zodat op de buitendelen van de schijf een schaduw zal vallen. De hypothetische planeet zal ongeveer vijf keer de massa van Jupiter moeten hebben om de binnenschijf op dergelijke wijze te boetseren. De afstand tussen planeet en moederster zal dan vergelijkbaar moeten zijn met de afstand tussen de aarde en de zon.

Hier wordt het ontstaan van de schaduw bij TW Hydrae weergegeven. Een hypothetische planeet zal met zijn zwaartekracht de binnenschijf rondom de ster uit het lood trekken. Hierdoor wordt zonlicht tegengehouden en valt er een schaduw op de buitenschijf. Credit: NASA, ESA and A. Feild (STScl)

Bron: SPACE.com

IJzige reuzenplaneet “in aanbouw” gespot bij nabije ster

Astronomen hebben aanwijzingen gevonden voor een planeet-in-wording bij de nabije jonge ster TW Hydrae, waarbij gebruik is gemaakt van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Aan de hand van de positie t.o.v. van de moederster en de gemeten grootte van de interplanetaire stofdeeltjes denken astronomen dat het om een Neptunus-achtige ijsreus moet gaan.

In de laatste twee decennia zijn vele duizenden exoplaneten gevonden, planeten die om andere sterren dan de zon draaien. De verscheidenheid van deze planeten blijkt veel groter te zijn dan we ooit in de science fiction vermoed hebben. Maar waar komt die bizarre diversiteit eigenlijk vandaan? Hoe ontstaan bijvoorbeeld ijsreuzen met een dikke dampkring zoals Uranus en Neptunus? Deze ontdekking kan wellicht hierbij van dienst zijn.

Voorgaande waarnemingen hebben al uitgewezen dat TW Hydrae omringd wordt door een dikke stofschijf, met meerdere “gaten” in deze schijf – de mogelijke bouwplaatsen van planeten. Men heeft nu gekeken naar de grootte van de stofdeeltjes in de schijf rondom TW Hydrae. Het blijkt dat in de meest prominente van de “stofgaten” vooral stofdeeltjes voorkomen met een grootte van enkele micrometers. In de rest van de schijf komen ook veel grotere stofdeeltjes voor. Waarom ontbreken deze dan in het bewuste gat in de stofschijf (die zich overigens bevindt op een afstand van 22 AU van de moederster, oftewel 22 keer verder dan de afstand aarde-zon)?

De standaardtheorie van het ontstaan van planeten kan uitkomst bieden. Volgens die theorie zullen pasgeboren planeten hun omloopbaan gaan schoonvegen van restmateriaal. Vooral de grote stofdeeltjes zullen hierbij verwijderd worden, terwijl een deel van de kleine stofdeeltjes kan achterblijven. Dat is precies wat hier wordt waargenomen. Aan de hand van de grootte en de diepte van het gat op 22 AU hebben astronomen zelfs de massa van die planeet kunnen schatten: iets zwaarder dan Neptunus. In de toekomst hoopt men niet alleen het stof rond TW Hydrae in kaart te brengen, maar ook het gas. Als dat is gelukt, kan men de massa van de baby-Neptunus nog preciezer vaststellen.

Bron: ALMA

Eerste detectie van methanol in een planeet-vormende schijf

Artist’s impression van de schijf rond de jonge ster TW Hydrae. Credit: ESO/M. Kornmesser

Met de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) is het organische molecuul methanol (methylalcohol) opgespoord in de protoplanetaire schijf rond de ster TW Hydrae. Het is voor het eerst dat deze verbinding in een jonge planeet-vormende schijf is gedetecteerd. Methanol is tot nu toe het enige complexe organische molecuul dat in zo’n schijf is aangetroffen waarvan vaststaat dat het een ijzige voorgeschiedenis heeft. Zijn detectie helpt astronomen om de chemische processen te begrijpen die optreden tijden de vorming van planetenstelsels, en die uiteindelijk leiden tot het ontstaan van de bestanddelen van het leven.De protoplanetaire schijf rond de jonge ster TW Hydrae is, met een afstand van slechts ongeveer 170 lichtjaar, de meest nabije in zijn soort. Dat maakt hem tot een ideaal onderzoeksobject voor astronomen. Dit stelsel lijkt vermoedelijk veel op het zonnestelsel zoals dit er meer dan vier miljard jaar geleden uitzag.

ALMA Chili credits; wikipedia/ESO.

De Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) is op dit moment het krachtigste instrument voor het in kaart brengen van de chemische samenstelling en de verdeling van koud gas in nabije protoplanetaire schijven. Een groep astronomen onder leiding van Catherine Walsh (Sterrewacht Leiden) heeft dit unieke vermogen nu benut om de chemische eigenschappen van de protoplanetaire schijf van TW Hydrae te onderzoeken.Bij de ALMA-waarnemingen heeft zich, voor het eerst in een protoplanetaire schijf, de vingerafdruk van gasvormige methanol (CH3OH) geopenbaard. Methanol – een derivaat van methaan – is een van de grootste complexe organische moleculen die tot op heden in zo’n schijf zijn gedetecteerd. Zijn detectie is van cruciaal belang om te kunnen begrijpen hoe organische moleculen in planeten-in-wording terechtkomen.Methanol staat bekend als ‘bouwsteen’ van complexere prebiotische moleculen, zoals aminozuren. Hierdoor speelt methanol een onmisbare rol bij de totstandkoming van de rijke organische chemische omstandigheden die nodig zijn voor het ontstaan van leven.Catherine Walsh, hoofdauteur van het onderzoek, legt uit: ‘De opsporing van methanol in een protoplanetaire schijf is een bewijs van het unieke vermogen van ALMA om de complexe organische ijsvoorraden in schijven te onderzoeken. Dit stelt ons, voor het eerst, in staat om de complexe chemische omstandigheden in een planetaire kraamkamer rond een jonge zonachtige ster te analyseren.’http://www.eso.org/public/netherlands/videos/eso1619a/Het gasvormige methanol in een protoplanetaire schijf is van cruciaal belang voor de astrochemie. Waar de vorming van de andere molecuulsoorten die in de ruimte zijn gedetecteerd volledig via de gasfase is verlopen, of via een combinatie van zowel gasfase als vaste fase, is methanol een complexe organische verbinding die uitsluitend in ijsvormige toestand is ontstaan, via reacties aan het oppervlak van stofdeeltjes.De scherpe blik van ALMA heeft astronomen ook in staat gesteld om de verdeling van het gasvormige methanol over de schijf van TW Hydrae in kaart te brengen. Daarbij hebben zij een ringvormig patroon ontdekt, evenals een aanzienlijke emissie uit de naaste omgeving van de centrale ster [1]Het patroon in de methanolgegevens die met ALMA zijn verzameld, stemt overeen met een gordel van methanol tussen 30 en 100 astronomische eenheden (AE) van de ster. Deze structuur ondersteunt de … Continue reading.De waarneming van methanol in gasvormige toestand, in combinatie met informatie over zijn verdeling, impliceert dat het methanol is ontstaan op ijzige deeltjes in de schijf en nadien als gas is vrijgekomen. Deze eerste waarneming geeft meer duidelijkheid over het vraagstuk van de fase-overgang van methanolijs- naar -gas [2]Bij dit onderzoek zijn ook andere mechanismen dan thermische desorptie (waarbij methanol vrijkomt bij temperaturen die hoger zijn dan zijn sublimatietemperatuur) door het team overwogen, waaronder … Continue reading, en de chemische processen die zich in astrofysische omgevingen afspelen in het algemeen [3]Het radiale verloop in de chemische samenstelling van het middenvlak van de schijf, en met name de ligging van de verschillende sneeuwlijnen, is cruciaal bij het begrijpen van de chemische … Continue reading.Mede-auteur Ryan A. Loomis voegt daaraan toe: ‘Het gasvormige methanol in de schijf is een ondubbelzinnige indicator van de rijke organische chemische processen die zich al in een vroeg stadium van de vorming van sterren en planeten voltrekken. Dit resultaat is van grote betekenis voor ons begrip van hoe organische materie zich in zeer jonge planetenstelsels ophoopt.’Deze eerste detectie van koude gasvormige methanol in een protoplanetaire schijf betekent dat de productie van ijzige verbindingen in schijven nu kan worden verkend, wat de weg bereidt voor toekomstige onderzoeken van de complexe organische chemie in planetaire kraamkamers. Daarmee beschikken astronomen, bij hun jacht op levensvatbare exoplaneten, nu over een krachtig nieuw hulpmiddel. Bron: ESO.

References[+]

References
1 Het patroon in de methanolgegevens die met ALMA zijn verzameld, stemt overeen met een gordel van methanol tussen 30 en 100 astronomische eenheden (AE) van de ster. Deze structuur ondersteunt de hypothese dat het leeuwendeel van het ijs in de schijf te vinden is op de wat grotere (afmetingen tot een millimeter) stofdeeltjes in de binnenste 50 AE, die zich hebben losgemaakt van het gas en straalsgewijs in de richting van de ster zijn afgedreven.
2 Bij dit onderzoek zijn ook andere mechanismen dan thermische desorptie (waarbij methanol vrijkomt bij temperaturen die hoger zijn dan zijn sublimatietemperatuur) door het team overwogen, waaronder fotodesorptie door ultraviolette fotonen en reactieve desorptie. Gedetailleerdere ALMA-waarnemingen zouden zeker helpen om vast te stellen welk scenario de boventoon voert.
3 Het radiale verloop in de chemische samenstelling van het middenvlak van de schijf, en met name de ligging van de verschillende sneeuwlijnen, is cruciaal bij het begrijpen van de chemische eigenschappen van planeten-in-wording. De sneeuwlijnnen geven de grens aan waar voorbij een bepaalde vluchtige chemische verbinding aan stofdeeltjes vastvriest. De ontdekking dat methanol ook in de koudere buitengebieden van de schijf te vinden is, toont aan dat het zich van de stofdeeltjes kan losmaken bij temperaturen die veel lager zijn dan zijn sublimatietemperatuur – een voorwaarde voor thermische desorptie.

Pasgeboren zwerfplaneet in de omgeving van de zon gevonden

Credit: David Rodriguez, using visualization software Uniview by SCISS and the American Museum of Natural History’s Digital Universe data.

Astronomen hebben een jonge en hete zwerfplaneet gevonden in de omgeving van de zon. Het object heeft de welluidende naam 2MASS J1119-1137 gekregen (J1119 voor vrienden) en staat op een afstand van zo’n 90 lichtjaar. De leeftijd van het object wordt geschat op tien miljoen jaar.Nu is het geen gemakkelijke opgave om dergelijke objecten te onderscheiden van verre rode sterren. Immers, als het licht van deze sterren door dichte stofwolken beweegt, dan kan het licht van zo’n ster zich vermommen als het licht van een spannende jonge planeet, terwijl dat helemaal niet het geval is. Vandaar dat de astronomen gebruik hebben gemaakt van de FLAMINGOS-2 spectrograaf (aan boord van de Gemini South-telescoop in Chili) om uitsluitsel te verkrijgen. Hiermee is bevestigd dat ze werkelijk met een jonge planeet van doen hebben en niet met een achtergrondster. Aan de hand van de gegevens wordt de massa van J1119 geschat op 4 tot 8 Jupitermassa’s.

Animatie van een jonge sub-bruine dwerg of super-Jupiter. Credits: NASA/JPL-Caltech

Goed, maar hoe kunnen ze de leeftijd van de planeet achterhalen? De Gemini-observaties hebben uitgewezen dat het object jonger moet zijn dan 200 miljoen jaar. Als het object niet veel jonger is dan dat, dan is het vermoedelijk een bruine dwerg – een object dat qua massa en eigenschappen tussen een ster en een planeet in zit. Vervolgwaarnemingen hebben echter uitgewezen dat J1119 met dezelfde snelheid beweegt (en in dezelfde richting) als een sterrengroep die de TW Hydrae associatie wordt genoemd. Alle sterren van die groep zijn ongeveer tien miljoen jaar oud en dat geldt dus ook voor J1119. Dat betekent dat het een jonge planeet moet zijn, maar dan zonder moederster. Bron: Carnegie Institution of ScienceNoot van AstroBlogs:Maar hoe noem je zo’n object nou? Dat hangt er vanaf hoe het is ontstaan. Als een object van vier tot acht Jupitermassa’s ontstaan is zoals een ster (of een bruine dwerg), dus vanuit het samentrekken van een gaswolk, dan noem je het een sub-bruine dwerg. Als een object van vier tot acht Jupitermassa’s ontstaan is zoals een planeet, dus vanuit het samenklonteren van een wervelende schijf rondom een pasgeboren ster, en vervolgens is weggeslingerd, dan noem je het een zwerfplaneet (of weesplaneet). Maar je kunt natuurlijk nooit weten wat precies gebeurd is en beide soorten objecten zijn qua uiterlijke kenmerken niet van elkaar te onderscheiden, dus mag je J1119 wat mij betreft zowel een sub-bruine dwerg als een zwerfplaneet noemen. Kies maar! 😛

Bewijs gevonden voor planeetvorming in aarde-achtige baan rond jonge ster

ALMA-opname van de schijf rond de jonge ster TW Hydrae.

Deze nieuwe opname van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) toont de kleinste details die ooit in de planeetvormende schijf rond de nabije zonachtige ster TW Hydrae zijn waargenomen. De schijf vertoont een intrigerende onderbreking op dezelfde afstand van de ster als de afstand tussen zon en aarde. Dat kan erop wijzen dat hier een jonge versie van onze eigen planeet, of anders een zwaardere superaarde, aan het ontstaan is.

De ster TW Hydrae is een populair onderzoeksobject voor astronomen. Dat komt doordat hij relatief dichtbij staat (175 lichtjaar van ons vandaan) en ook heel jong is (ongeveer 10 miljoen jaar). Bovendien is de schijf zo georiënteerd dat astronomen deze recht van ‘boven’ waarnemen, waardoor de protoplanetaire schijf geen perspectivische vertekening vertoont.’Eerdere onderzoeken met optische en radiotelescopen hebben bevestigd dat TW Hydrae is omgeven door een opvallende schijf die structuren vertoont die er sterk op wijzen dat er planeten beginnen samen te klonteren,’ zegt Sean Andrews van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts (VS), en hoofdauteur van een artikel dat vandaag in Astrophysical Journal Letters wordt gepubliceerd. ‘De nieuwe ALMA-opnamen geven een ongekend gedetailleerd beeld van deze schijf die, naast een aantal concentrische stofrijke, heldere ringen, enkele lege, donkere gordels vertoont. Een van die structuren kan erop wijzen dat er een planeet in een aarde-achtige omloopbaan aan het ontstaan is.‘Ook de opvallende leemten op drie miljard en zes miljard kilometer van de centrale ster – afstanden die vergelijkbaar zijn met de afstanden zon-Uranus en zon-Pluto – zijn waarschijnlijk het gevolg van het planeetvormingsproces. De planeten-in-wording die om de ster draaien vegen het stof en gas in de omgeving van hun omloopbaan op en loodsen het resterende materiaal naar de scherp begrensde ringen.

ALMA-opname van de planeetvormende schijf rond de jonge, zonachtige ster TW Hydrae.

Voor de nieuwe waarnemingen van TW Hydrae, waarbij details zijn vastgelegd die in omvang vergelijkbaar zijn met de afstand tussen de aarde en de zon (ongeveer 150 miljoen kilometer), detecteerden de astronomen de zwakke radiostraling van de ongeveer één millimeter grote stofdeeltjes in de schijf. Om deze gedetailleerde waarnemingen mogelijk te maken, werden de schotelantennes van ALMA zo ver mogelijk uit elkaar gezet. In die configuratie, waarbij de maximale afstand tussen de schotels 15 kilometer bedraagt, worden de scherpste opnamen verkregen. ‘Dit is de scherpste opname van een planetaire schijf die ALMA ooit heeft gemaakt, en dit record zal ook niet snel worden verbeterd!‘, zegt Andrews [1]De scherpte van de opnamen van HL Tauri was vergelijkbaar met deze nieuwe waarnemingen, maar omdat TW Hydrae veel dichter bij de aarde staat, zijn in deze schijf kleinere details te zien..’TW Hydrae is heel bijzonder. Het is de dichtstbijzijnde protoplanetaire schijf die we kennen en deze vertoont mogelijk sterke overeenkomsten met ons zonnestelsel, toen dat nog maar 10 miljoen jaar oud was,‘ aldus mede-auteur David Wilner, eveneens van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.Eerdere ALMA-waarnemingen van een andere ster, HL Tauri, laten zien dat zelfs nóg jongere protoplanetaire schijven – van amper 1 miljoen jaar oud – dergelijke tekenen van planeetvorming kunnen vertonen. Door de oudere schijf van TW Hydrae te onderzoeken, hopen astronomen meer inzicht te krijgen in het ontstaan van onze eigen planeet. Ook willen astronomen erachter zien te komen hoe ‘gewoon’ de waargenomen structuren in de schijven rond jonge sterren zijn en hoe zij zich mettertijd ontwikkelen.

Bron: European Southern Observatory.

References[+]

References
1 De scherpte van de opnamen van HL Tauri was vergelijkbaar met deze nieuwe waarnemingen, maar omdat TW Hydrae veel dichter bij de aarde staat, zijn in deze schijf kleinere details te zien.

Lege zone bevestigd in stofschijf rond TW Hydrae

De donkeroranje cirkelvormige zone is de ‘scheiding’ in de stofschijf rond de jonge ster TW Hydrae (de zwarte cirkel in het centrum blokkeert het licht van de ster zelf). Credit: AAS/V. Rapson et al.

Met de Gemini Planet Imager op de Gemini South Telescope op Cerro Pachón in Noord-Chili is het bestaan bevestigd van een relatief lege zone in de gas- en stofschijf rond de 8 miljoen jaar oude ster TW Hydrae, op 176 lichtjaar afstand van de aarde. Het bestaan van een lege zone in deze protoplanetaire schijf was eerder al gesuggereerd op basis van waarnemingen met de Hubble Space Telescope. De nabij-infraroodopnamen met de Gemini Planet Imager (GPI) – een camera die speciaal is ontworpen voor het waarnemen van zwakke structuren in de directe omgeving van heldere sterren – zijn echter veel gedetailleerder. De lege zone is ca. 750 miljoen kilometer breed en ligt op een afstand van 23 astronomische eenheden van de ster (1 AE is de gemiddelde afstand van de aarde tot de zon, 150 miljoen kilometer), vergelijkbaar met de afstand van de planeet Uranus tot de zon. Hoe de donkere zone precies is ontstaan is nog niet met zekerheid bekend, maar een van de mogelijke verklaringen is de aanwezigheid van een reuzenplaneet, die met zijn zwaartekracht zijn baan heeft ‘schoongeveegd’. De nieuwe GPI-waarnemingen zijn gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters. Bron: Astronomie.nl.

Planeet op verrassende plaats ontdekt

Credits: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI/AURA)

Een team van onderzoekers heeft ontdekt dat exoplaneten op grote afstand van hun moederster kunnen ontstaan. De planeet in kwestie bevindt zich in een stoffige schijf rondom de ster TW Hydra, dat ongeveer twee keer kleiner is dan de zon. De afstand tussen de planeet TW Hydra b en de moederster bedraagt zo’n 80 AU, oftewel twee keer de afstand tussen Pluto en de zon. Het komt als een verrassing dat planeten op zo’n grote afstand kunnen ontstaan, zeker als de moederster kleiner en koeler is dan de zon.De stoffige planeetvormende schijf bevindt zich op relatief korte afstand tot de aarde – ongeveer 176 lichtjaar. Met de Hubble-ruimtetelescoop heeft men de structuur van de schijf in ongeëvenaard detail in beeld gebracht. Hieruit blijkt dat zich op 80 AU van de moederster een ‘gat’ in de schijf bevindt van zo’n 20 AU in doorsnee. Zo’n gat kan theoretisch gezien verklaard worden door de aanwezigheid van een planeet. Computermodellen hebben uitgewezen dat de massa van de deze planeet zo’n 6 tot 28 aardmassa’s zou moeten bedragen. Het gaat dus om een Super-Aarde of een “Neptunus”. TW Hydrae is slechts 5 tot 10 miljoen jaar oud. Dat betekent dat z’n stofschijf relatief snel zou moeten verdwijnen (op kosmische tijdschaal dan). Hoe de planeet precies ontstaan is blijft een raadsel. Meestal zijn planeten die op grote afstand van een kleine ster staan heel groot, ongeveer zoals Jupiter. Dit soort planeten die op grote afstand staan, worden geacht om niet uit een planeetvormende schijf te zijn ontstaan, maar rechtstreeks uit de gaswolk waar ook de moederster uit ontstaan is. In dit geval gaat die vlieger niet op: een begeleider van minder dan 10 procent de massa van Jupiter kan zo niet ontstaan. Schijnbaar is het mogelijk om op grote afstand van een kleine ster een planeet te vormen op de “traditionele” manier. Wetenschappers kunnen terug naar de theoretische tekentafel om dit proces te verklaren. Bron: Carnegie Institution.

Studie aan TW Hydrae laat zien dat de jonge zon groeistuipen had

Impressie van de ster TW Hydrae en de omringende schijf van gas en stof. Credit: David A. Aguilar (CfA)

De ster TW Hydrae – 190 lichtjaar van ons verwijderd in het sterrenbeeld Waterslang (Hydra) – zou een kopie van onze zon kunnen zijn, van de jonge zon welteverstaan. Want TW Hydrae is tien miljoen jaar oud, terwijl de zon ongeveer 4,5 miljard jaar oud is. Om er achter te komen hoe de jonge zon in de beginjaren van het zonnestelsel er uit zag kijken sterrenkundigen bij gebrek aan echte tijdmachines naar andere sterren, die ongeveer dezelfde massa hebben en die pas gevormd zijn. TW Hydrae is zo’n ster en hij heeft 80% van de massa van de zon.Rondom de oranje gekleurde ster is een ‘protoplanetaire schijf’ van stof en gas – onder andere met moleculair waterstof erin – en door invallend materiaal groeit ‘ie voortdurend en neemt z’n massa toe. Onderzoek aan TW Hydrae door een team sterrenkundigen onder leiding van Nancy Brickhouse (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) laat zien dat die groei niet geleidelijk gaat, maar schoksgewijs, net als een jong kind dat groeistuipen heeft.Vanaf de aarde gezien kijken we tegen één van de rotatiepolen van TW Hydrae aan en dat biedt een uitstekende gelegenheid te zien hoe materiaal vanuit de schijf op de ster valt – de zogenaamde accretie. Dat gaat niet continue, maar schoksgewijs en dat kan men zien aan de variaties in röntgenstraling. Die straling is afkomstig van het invallende gas, dat soms temperaturen van 2,7 miljoen graden kan bereiken. De variaties in de straling kunnen een factor vijf in enkele dagen tijd bedragen.Men denkt dat het magnetische veld van TW Hydrae een grote rol speelt in de groeistuipen. De jonge zon moet ook een sterker magnetisch veld hebben gehad dan het tegenwoordig heeft. De resultaten van de groep van Brickhouse werden vandaag bekend gemaakt op de 222e bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS) en Indianapolis. Bron: CfA.