Astronomen die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben ontdekt dat de planeet-vormende gasschijven rond de jonge sterren van de dubbelster HK Tauri niet dezelfde oriëntatie hebben. De nieuwe ALMA-waarnemingen geven het duidelijkste beeld van protoplanetaire schijven in een dubbelstersysteem dat tot nu toe is verkregen.
Het nieuwe resultaat helpt ook verklaren waarom zo veel exoplaneten – anders dan de planeten in ons zonnestelsel – van die vreemde, excentrische of sterk hellende banen hebben gekregen. De resultaten zullen op 31 juli 2014 in het tijdschrift Nature verschijnen. Anders dan onze solitaire zon maken de meeste sterren deel uit van een dubbelstersysteem – twee sterren die om elkaar heen draaien. Dubbelsterren zijn heel talrijk, maar de vraag is hoe en waar in zo’n complexe omgeving planeetvorming kan optreden. ‘ALMA heeft ons nu het beste beeld tot nu toe gegeven van een dubbelstersysteem dat protoplanetaire schijven vertoont – en we hebben ontdekt dat de schijven schuin op elkaar staan!’ zegt Eric Jensen, een astronoom van Swarthmore College in Pennsylvania (VS).
De twee sterren in het HK Tauri-stelsel, dat zich op een afstand van ongeveer 450 lichtjaar in het sterrenbeeld Stier bevindt, zijn minder dan vijf miljoen jaar oud. Ze staan ongeveer 58 miljard kilometer uit elkaar – dertien keer de afstand zon-Neptunus. De zwakkere van de twee, HK Tauri B, is omgeven door een protoplanetaire schijf die we van opzij zien en die het zicht op zijn ster ontneemt. Omdat de gloed van de ster onderdrukt wordt, kunnen astronomen gemakkelijk een goed beeld van de schijf verkrijgen door deze op zichtbare of nabij-infrarode golflengten te bekijken. Ook de andere ster, HK Tauri A, heeft een schijf, maar deze schermt het sterlicht niet af. Hierdoor is de schijf niet waarneembaar in zichtbaar licht: zijn zwakke gloed verbleekt bij het felle licht van de ster. Maar op golflengten van ongeveer een millimeter, zoals ALMA die detecteert, straalt hij helder.
Met behulp van ALMA, hebben de astronomen de schijf rond HK Tauri A niet alleen gezien, maar voor het eerst ook zijn draaiing kunnen meten. Dit heeft hen in staat gesteld om te berekenen dat de twee schijven schuin op elkaar staan, onder een hoek van minstens zestig graden. Dat betekent dat minstens een van de schijven niet in hetzelfde vlak kan liggen als de banen van de twee sterren. ‘Deze sterk verschillende oriëntatie geeft ons een opmerkelijk beeld van een jong dubbelstersysteem,’ zegt Rachel Akeson van het NASA Exoplanet Science Institute van het California Institute of Technology in de VS. ‘Hoewel er al aanwijzingen bestonden voor het bestaan van dit soort slecht uitgelijnde stelsels, laten de nieuwe ALMA-waarnemingen van HK Tauri veel duidelijker zien wat zich werkelijk in zo’n stelsel afspeelt.’
Het ontstaan van sterren en planeten speelt zich af in enorme wolken van stof en gas. Als het materiaal in zo’n wolk zich onder invloed van de zwaartekracht samentrekt en begint te roteren, hoopt het meeste stof en gas zich op in een afgeplatte, ronddraaiende protoplanetaire schijf met een groeiende protoster in zijn centrum. Maar bij een dubbelster zoals HK Tauri is dat proces veel ingewikkelder. Wanneer de banen van de sterren en hun protoplanetaire schijven niet ruwweg in hetzelfde vlak liggen, kunnen de eventuele planeten die ontstaan in sterk excentrische en hellende banen terechtkomen [1].
‘Onze resultaten laten zien dat de noodzakelijke voorwaarden om planeetbanen te veranderen daadwerkelijk bestaan en dat aan deze voorwaarden al is voldaan op het moment van de planeetvorming, wat blijkbaar kan worden toegeschreven aan het vormingsproces van een dubbelster,’ merkt Jensen op. ‘We kunnen andere theorieën niet uitsluiten, maar we kunnen zeker stellen dat een tweede ster dat voor elkaar krijgt.’
Omdat ALMA het anderszins onzichtbare stof en gas van protoplanetaire schijven kan zien, kon een ongekend beeld van dit jonge dubbelstersysteem worden verkregen. ‘Omdat we dit stelsel in een pril stadium waarnemen, met protoplanetaire schijven die nog intact zijn, kunnen we beter zien hoe een en ander georiënteerd is,’ legt Akeson uit. Vooruitkijkend willen de astronomen onderzoeken hoe normaal een dubbelster als deze is. Om te kunnen vastellen of het om een bijzonder individueel geval gaat, of dat ons Melkwegstelsel wemelt van configuraties als deze, zullen meer waarnemingen moeten worden gedaan.
Jensen concludeert: ‘Hoewel dit mechanisme ons een flinke stap vooruit helpt, kan het niet alle vreemde banen van exoplaneten verklaren – er zijn gewoon niet genoeg dubbelsterbegeleiders. Dat interessante vraagstuk moeten we dus ook nog oplossen!’
Noten
[1] Als twee sterren en hun schijven zich niet allemaal in hetzelfde vlak bevinden, zal de zwaartekrachtsaantrekking van de ene ster de schijf van de andere ster (en vice versa) zodanig verstoren dat deze gaat schommelen. Ook een planeet die zich in een van deze schijven bevindt zal door de andere ster worden verstoord, waardoor zijn baan schuin komt te staan en vervormt.
Meer informatie
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt in Europa gefinancierd door de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), in Noord-Amerika door de National Science Foundation (NSF) van de VS in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en in Oost-Azië door de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary Star System’ van Eric Jensen en Rachel Akeson, dat op 31 juli in het tijdschrift Nature verschijnt. Het onderzoeksteam bestaat uit Eric L. N. Jensen (Dept. of Physics & Astronomy, Swarthmore College, VS) en Rachel Akeson (NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech, Pasadena, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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 uitsluitend 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. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
