Persbericht

ALMA onthult planetaire bouwterreinen

Nieuw bewijs voor jonge planeten in schijven rond jonge sterren

16 december 2015

Astronomen die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben de sterkste aanwijzing tot nu toe gevonden dat in de schijven van gas en stof rond vier jonge sterren recent planeten zijn ontstaan die enkele malen zoveel massa hebben als Jupiter. Metingen van het gas rond de sterren geeft meer inzicht in de eigenschappen van deze planeten.

Bij bijna elke ster worden planeten ontdekt, maar astronomen snappen nog steeds niet goed hoe – en onder welke omstandigheden – ze ontstaan. Om vragen als deze te kunnen beantwoorden, onderzoeken ze de draaiende schijven van gas en stof rond jonge sterren, waaruit planeten ontstaan. Maar deze schijven zijn klein en ver weg. Om ze te kunnen ontraadselen hadden ze een krachtige telescoop als ALMA nodig.

Bepaalde schijven – de zogeheten transitieschijven – vertonen een verrassende afwezigheid van stof in hun centrum (het gebied rond de ster). Voor het ontstaan van deze raadselachtige gaten zijn twee mogelijke scenario’s bedacht. Het is denkbaar dat het omringende materiaal is weggeblazen of afgebroken door de sterke sterrenwind en intense straling van de ster [1]. Een andere mogelijkheid is dat het materiaal is opgeveegd door zware planeten-in-wording die om de ster cirkelen [2].

De ongeëvenaarde gevoeligheid en beeldscherpte van ALMA heeft een team van astronomen, onder leiding van Nienke van der Marel van de Leidse Sterrewacht, nu in staat gesteld om – nauwkeuriger dan ooit tevoren – de verdeling van het gas en stof in vier van deze transitieschijven in kaart te brengen [3].

De nieuwe opnamen laten zien dat er aanzienlijke hoeveelheden gas in de ‘stofgaten’ zitten [4]. Maar tot verrassing van de astronomen vertoont ook het gas een gat, al is dat tot wel drie keer zo klein als het gat in het stof.

Dit kan alleen worden verklaard met het scenario waarbij pas gevormde zware planeten die om de ster cirkelen het gas hebben opgeveegd, en de stofdeeltjes in een verder naar buiten gelegen ‘stofval’ terecht zijn gekomen [5].

‘Eerdere waarnemingen hadden al aangegeven dat zich gas in de stofgaten bevindt,’ legt Nienke van der Marel uit. ‘Maar omdat ALMA het materiaal in de volledige schijf veel gedetailleerder in beeld kan brengen dan andere instrumenten, kunnen we het alternatieve scenario uitsluiten. De lege holte wijst er duidelijk op dat planeten van enkele Jupitermassa’s bezig zijn om de schijf schoon te vegen.’

Opmerkelijk is dat deze waarnemingen zijn verricht met slechts een tiende van het huidige oplossend vermogen van ALMA, omdat ze plaatsvonden toen de helft van de array op de Chajnantor-hoogvlakte in het noorden van Chili nog in aanbouw was.

Verder onderzoek zal nu moeten uitwijzen of ook andere transitieschijven in de richting van het schoonvegende-planetenscenario wijzen, alhoewel ALMA’s waarnemingen nu al waardevolle nieuwe inzichten over het ingewikkelde planeetvormingsproces hebben opgeleverd.

‘Alle transitieschijven met een groot stofvrij gat die tot nu toe onderzocht zijn, vertonen ook een gasholte. Dus met ALMA kunnen we nu gaan onderzoeken waar en wanneer reuzenplaneten in deze schijven geboren worden, en deze resultaten vergelijken met planeetvormingsmodellen,’ zegt Ewine van Dishoeck, tevens van de Leidse Sterrewacht en van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching [6]. ‘De rechtstreekse detectie van planeten valt maar net binnen het bereik van de huidige instrumenten, en de volgende generatie van telescopen die momenteel in aanbouw is, zoals de European Extremely Large Telescope, zullen veel verder kunnen gaan. ALMA laat zien waar ze moeten kijken.’

Noten

[1] Dit proces, waarbij het stof en gas van binnen uit wordt opgeruimd, wordt foto-evaporatie genoemd.

[2] Zulke planeten zijn niet gemakkelijk rechtstreeks waarneembaar (eso1310), en eerdere onderzoeken op millimetergolflengten (eso1325) hebben geen duidelijk beeld opgeleverd van de centrale planeetvormingsgebieden waar deze verschillende verklaringen getoetst zouden kunnen worden. Andere onderzoeken (eso0827) konden het leeuwendeel van het gas in deze schijven niet meten.

[3] De vier doelwitten van dit onderzoek waren SR 21, HD 135344B (ook bekend als SAO 206462), DoAr 44 en Oph IRS 48.

[4] Het gas in de transitieschijven bestaat grotendeels uit waterstof, maar wordt opgespoord door de straling van koolstofmonoxide (CO)-moleculen te detecteren.

[5] Het begrip ‘stofval’ wordt in een eerder persbericht uitgelegd (eso1325).

[6] Andere voorbeelden zijn de transitieschijven van HD 142527 (eso1301 en hier) en J1604-2130.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA’, van N. van der Marel et al., dat in december 2015 in Astronomy & Astrophysics verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit N. van der Marel (Universiteit Leiden; Institute for Astronomy, University of Hawaii, Honolulu, VS), E.F. van Dishoeck (Universiteit Leiden; Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland [MPE]), S. Bruderer (MPE), S.M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, VS), K.M. Pontoppidan (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, VS), G.J. Herczeg (Universiteit van Beijing, China), T. van Kempen (Universiteit Leiden) en A. Miotello (Universiteit Leiden).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

•  Onderzoeksartikel in Astronomy & Astrophysics
•  Foto's van ALMA

Contact

Nienke van der Marel
Institute for Astronomy, University of Hawaii
Honolulu, USA
E-mail: nmarel@ifa.hawaii.edu

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5814
E-mail: ewine@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media