Universiteit Leiden

nl en

Gasschijven kantelen en krimpen in virtuele windtunnel

In een virtuele windtunnel hebben Nederlandse astronomen planeetvormende gasschijven laten kantelen en krimpen. Het onderzoek kan helpen een verklaring te vinden voor de gekantelde planeetbanen in ons eigen zonnestelsel.

Het onderzoek stond onder aanvoering van Thomas Wijnen (Radboud Universiteit en Universiteit Leiden). Ook de Leidse astronomen Inti Pelupessy en Simon Portegies Zwarts waren betrokken. Zij publiceren hun bevindingen in twee artikelen in het vakblad Astronomy & Astrophysics.

Kanteling onder invloed van omgevingsgas

Een pasgeboren ster is omringd door een schijf van gas en stof waaruit zich planeten vormen. Daarnaast is er in stervormingsgebieden veel overgebleven gas, dat niet is gebruikt om sterren (en hun schijven) te vormen. De astronomen denken dat de gasschijf waaruit ons planeetstelsel ontstond, onder invloed van gas in de omgeving is gekanteld.

Virtuele windtunnel

Om de hypothese van de kantelende stofschijven te onderzoeken, plaatsten ze een ster met een gasschijf in een virtuele windtunnel onder verschillende omstandigheden. Een echte windtunnel zou niet kunnen, omdat daarvoor windtunnels zouden moeten bestaan die groter zijn dan een compleet zonnestelsel en omdat de processen honderdduizenden jaren duren.

Thomas Wijnen (ten tijde van het onderzoek werkzaam aan de Radboud Universiteit, nu werkzaam aan de Universiteit Leiden) legt uit: 'In een filmpje van onze simulatie zie je de schijf kantelen. Je ziet ook hoe de buitenste lagen van de stofschijf meegesleurd worden door de stroom. De schijf krimpt ook doordat hij continu instromend gas opveegt, maar dat is op het eerste gezicht wat moeilijker te zien.'

Simulatie: het kantelen van een gasschijf

Nagebootste schijven

De onderzoekers kunnen het krimpen van de schijven theoretisch beschrijven en passen hun theorie toe door schijven na te bootsen in onder andere het Trapeziumcluster. Dat is een stervormingsgebied in de Orionnevel in het sterrenbeeld Orion op 'slechts' 1300 lichtjaar van ons vandaan.

Werkelijkheid benaderd

De Nederlandse simulaties blijken de werkelijkheid goed te benaderen. Wijnen: 'Wij hebben ontdekt dat bijna-botsingen tussen stofschijven een minder grote rol spelen dan gedacht. Onze simulaties laten zien dat juist het opvegen van gas uit de omgeving belangrijker is. Tot nu toe had niemand de invloed van het opgeveegde gas onderzocht en gedacht dat het zo’n grote rol kan spelen.'

Invloed op planeetvorming

In de toekomst willen de onderzoekers onder andere kijken naar de invloed van een krimpende schijf op de vorming van planeten. Het krimpen zorgt namelijk misschien dat planeten die aan de buitenkant van het stelsel ontstaan later richting hun ster bewegen. Dat onderzoek staat nu volop in de belangstelling, omdat begin 2017 het Trappist-1-stelsel werd ontdekt met zeven grote planeten dicht bij zijn ster. Sinds die ontdekking probeerden onder andere Amsterdamse onderzoekers te verklaren hoe zo'n stelsel kan ontstaan.
 

Simulatie van kantelen en krimpen van protplanetaire schijf
Het kantelen en krimpen van planeetvormende gasschijven in een virtuele windtunnel. Het meest linkse filmbeeld toont de startsituatie. Het tweede plaatje laat de situatie zien na 250 jaar, daarna na 500 jaar en uiteindelijk na 1000 jaar. (Bron: Thomas Wijnen)