Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Zo worden zonnestelsels gemaakt

Scherpe nieuwe opnamen laten opvallende structuren zien in de planeetvormende schijven rond jonge sterren. Daarover publiceren verschillende teams astronomen, onder wie Leidse sterrenkundigen Jos de Boer en Christian Ginski.

Evolutie van planeetstelsels

Drie teams astronomen deden waarnemingen met behulp van het geavanceerde instrument Sphere. Ze hopen meer licht te werpen op de raadselachtige evolutie van jonge planetenstelsels. De explosieve toename van het aantal bekende exoplaneten van de afgelopen jaren maakt dit onderzoeksgebied tot een van de meest dynamische onderdelen van de moderne astronomie.

Samenklonterende deeltjes

Het is bekend dat planeten ontstaan uit enorme schijven van gas en stof die rond pasgeboren sterren draaien: zogeheten protoplanetaire schijven. Deze kunnen kunnen honderden miljoenen kilometers groot zijn. Mettertijd klonteren de deeltjes in deze schijven samen om uiteindelijk uit te groeien tot planeten. Over de precieze details van dit planeetvormingsproces bestaat echter nog veel onduidelijkheid.

Enorme ringen en spiraalarmen

Sphere is een recente aanwinst in het instrumentenarsenaal van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili. Dankzij een combinatie van nieuwe technieken kan dit instrument de fijne details van protoplanetaire schijven rechtstreeks vastleggen. De interactie tussen protoplanetaire schijven en hun planeten-in-wording kan allerlei structuren in de schijven laten ontstaan: enorme ringen, spiraalarmen en donkere leemten. Deze zijn van bijzonder belang, omdat er nog geen eenduidig verband is ontdekt tussen deze structuren en de planeten die hen hebben veroorzaakt. Astronomen willen dit vraagstuk maar al te graag oplossen en de specifieke eigenschappen van Sphere stellen hen in staat om de opvallende structuren van protoplanetaire schijven direct waar te nemen.

Jong object met complexe structuur

Dat is bijvoorbeeld gebeurd bij RXJ1615, een jonge ster in het sterrenbeeld Schorpioen, op 600 lichtjaar van de aarde. Een team onder leiding van Jos de Boer van de Sterrewacht Leiden heeft een complex stelsel van concentrische ringen rond deze ster ontdekt. Dat doet qua vorm aan het ringenstelsel van de planeet Saturnus doet denken, maar niet qua afmetingen. Zo’n complexe structuur is nog maar bij een handjevol protoplanetaire schijven waargenomen. Opmerkelijk genoeg lijkt dit specifieke stelsel nog maar 1,8 miljoen jaar oud te zijn en er zijn aanwijzingen dat het planeetvormingsproces nog in volle gang is. De leeftijd van de pas ontdekte protoplanetaire schijf maakt RXJ1615 tot een belangrijk object: de meeste andere protoplanetaire schijven die tot nu toe zijn gedetecteerd zijn namelijk relatief oud of ver geëvolueerd.

Nog meer symmetrische ringen

Het onverwachte resultaat van De Boer kreeg al snel een vervolg. Een team onder leiding van Christian Ginski, ook van de Sterrewacht Leiden, heeft HD97048 onder de loep genomen – een jonge ster in het sterrenbeeld Kameleon, op ongeveer 500 lichtjaar van de aarde. Uit een nauwgezette analyse blijkt dat ook in de jonge schijf rond deze ster concentrische ringen zijn ontstaan. De symmetrie van de beide systemen is een verrassend resultaat, aangezien de meeste protoplanetaire stelsels allerlei asymmetrische spiraalarmen, leemten en wervelingen vertonen. Dankzij deze ontdekkingen is het aantal bekende schijven met meerdere sterk symmetrische ringen aanzienlijk toegenomen.

Grote centrale leemte

Een bijzonder spectaculair voorbeeld van een asymmetrische schijf is vastgelegd door een groep astronomen onder leiding van Tomas Stolker van het Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde van de Universiteit van Amsterdam. Deze schijf omringt de ongeveer 450 lichtjaar verre ster HD135344B. Hoewel deze ster al vaker goed is onderzocht, heeft Sphere nieuwe structuren in zijn protoplanetaire schijf kunnen vastleggen, waaronder een grote centrale leemte en twee opvallende spiraalarmen. Vermoed wordt dat deze zijn veroorzaakt door een of meer zware protoplaneten, die tot Jupiter-achtige werelden zullen evolueren.

Donkere vegen

Ook zijn vier donkere vegen, waarschijnlijk de schaduwen van bewegend materiaal in de schijf van HD135344B, waargenomen. Een van die vegen is in de maanden tussen waarnemingsperioden duidelijk veranderd: een zeldzaam voorbeeld van een realtime-waarneming van planetaire evolutie, die erop wijst dat er in het centrale deel van de schijf veranderingen optreden die niet rechtstreeks waarneembaar zijn met SPHERE. Dat levert niet alleen mooie plaatjes op: de flakkerende schaduwen bieden astronomen de unieke mogelijkheid om de dynamica van de binnenste regionen van de schijf te onderzoeken.

Indrukwekkende hoeveelheid gegevens

Net als de concentrische schijven die door De Boer en Ginski zijn ontdekt, bewijzen deze waarnemingen van het team van Stolker dat de complexe en veranderlijke omgeving van de schijven rond jonge sterren nog steeds verrassende nieuwe waarnemingen kan opleveren. Door een indrukwekkende hoeveelheid gegevens over deze protoplanetaire schijven te verzamelen, is de oplossing van het vraagstuk hoe planeten de vorm van hun schijf beïnvloeden weer een stapje dichterbij gekomen.

Afbeelding: schijven rond RXJ1615 ( ESO, J. de Boer et al.)

Publicaties

De beschreven onderzoeken van het SPHERE-consortium zijn geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics. Het betreft de artikelen:

  • ‘Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE’
  • ‘Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging’
  • 'Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE’

De drie artikelen vallen binnen het raamwerk van het SPHERE GTO-programma.