Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Nienke van der Marel promoveert cum laude

Planeten ontstaan doordat minuscule stofdeeltjes zich verzamelen zich in zogeheten stofvallen in schijven rond jonge sterren, waar ze verder kunnen groeien. Deze groei van stofdeeltjes is de start van planeetvorming. Dat blijkt uit het onderzoek van Nienke van der Marel, waarop ze op 29 september cum laude promoveerde.

Hoe vorm je een planeet? 

Artist impression van stofvallen in een protoplanetaire schijf. Foto: ESO/L. Calçada

Wetenschappers begrijpen nog niet alles van het planeetvormingsproces. Sterrenkundigen  onderzoeken daarom de ‘geboortewieg’ van de planeten: de protoplanetaire schijven van gas en stof die rond jonge sterren draaien, en waaruit nieuwe planeten ontstaan. Van der Marel bekeek een aparte klasse van schijven: de transitieschijven. Transitieschijven hebben een gat in hun stofverdeling vlakbij de ster. Ze lijken op een pannenkoek met een gat in het midden. Ze ontdekte in een van deze schijven dat het millimeter-stof was geconcentreerd aan een kant van deze schijven, in plaats van in een ringstructuur zoals normaal gesproken. Dit bleek een zogenaamde stofval: een plek waar stof wordt opgesloten en verder kan groeien. ‘Deze vinding toont aan dat stofvallen echt bestaan.’

Een grote verrassing

Van der Marel: ‘Hoewel stofvallen al dertig jaar voorspeld werden door de modellen, was er nog geen observationeel bewijs voor gevonden.’ Deze ontdekking leidde tot een publicatie in Science, met Van der Marel als eerste auteur. ‘Het grappige is dat onze waarnemingen eigenlijk gericht waren op de gasstructuur, door middel van moleculaire lijnen. Dit zijn emissielijnen van moleculen. Elk molecuul heeft een aantal specifieke frequenties waarop het licht uitzendt, een soort vingerafdruk. Informatie over het stof, getraceerd door continuum thermische emissie (golflengtes net buiten deze lijnen) krijg je er gratis bij. We dachten echter dat de continuum emissie gewoon een ring zou laten zien, zoals andere transitieschijven.’

Jonge planeten

Nienke van der Marel

deed van der Marel onderzoek naar de gasstructuur van verschillende schijven. Het bleek dat ook in het gas een gat zat, maar kleiner dan het stofgat. ‘Dit was de voorspelling van modellen van pas gevormde planeten. Het lijkt er dus op dat transitieschijven inderdaad de wieg van pas geboren planeten zijn. Een stofgat kan verschillende oorzaken hebben, maar de combinatie van een gasgat dat kleiner is dan het stofgat wijst op de aanwezigheid van een pasgevormde planeet. Meer onderzoek is nodig om te kijken of dit een algemeen verschijnsel is, of dat we tot nu enkel de bijzondere gevallen hebben gevonden.’

ALMA

Van der Marel gebruikte voor haar onderzoek de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) telescoop. De ALMA komt voort uit een internationaal samenwerkingsproject van Europa, Noord-Amerika, Zuid-Oost Azië en Chili en bestaat uit een groep van 66 telescopen die allemaal naar hetzelfde object kunnen kijken. Door het signaal te combineren, kan een scherp beeld worden gecreëerd. Het array staat in de Atacama woestijn in Chili op 5000 meter hoogte en begon met waarnemingen in 2011. Nederland speelt een belangrijke rol in ALMA: de hoge frequentie Band 9 instrumenten - instrumenten die hoge frequentiestraling kunnen ontvangen - werden ontwikkeld door NOVA (Nederlandse Onderzoeksschool Voor Astronomie) in samenwerking met SRON (Stichting Ruimte Onderzoek Nederland). 
  
In november vertrekt van der Marel naar de Universiteit van Hawaii als Beatrice Watson Parrent Fellow, voor verder onderzoek aan protoplanetaire schijven.