Astronomen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) een cruciaal stadium in de geboorte van reuzenplaneten waargenomen: enorme gasstromen die een leemte in de materieschijf rond een jonge ster overbruggen. Vermoed wordt dat zulke stromen, die nog nooit eerder rechtstreeks zijn waargenomen, worden veroorzaakt door grote planeten die aangroeien door gas uit hun omgeving op te slokken.
Dit resultaat wordt op 2 januari 2013 gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Het internationale team van astronomen onderzocht de jonge ster HD 142527, meer dan 450 lichtjaar van de aarde, die omringd is door een schijf van gas en kosmisch stof – het restant van de wolk waaruit de ster is ontstaan. De stofschijf is verdeeld in een binnen- en een buitendeel, die door een lege zone van elkaar gescheiden zijn. Vermoed wordt dat deze leemte is schoongeveegd door pas gevormde reuzenplaneten die om de ster cirkelen.
Het binnenste deel van de schijf heeft een omtrek die overeenkomt met de omloopbaan van Saturnus in ons eigen zonnestelsel. Het buitenste deel begint op een veertien keer zo grote afstand van de ster. Die ‘buitenschijf’ omringt de ster niet volledig: hij heeft de vorm van een hoefijzer, vermoedelijk door de zwaartekrachtsinvloed van de reuzenplaneten. Volgens de theorie danken reuzenplaneten hun groei aan het invangen van gas uit de buitenschijf. Dat gebeurt in stromen die de leemte in de schijf overbruggen.
‘Astronomen hebben voorspeld dat zulke stromen moeten bestaan, maar dit is voor het eerst dat we ze rechtstreeks hebben kunnen waarnemen,’ zegt Simon Casassus (Universidad de Chile, Chili), die het nieuwe onderzoek leidde. ‘Dankzij de nieuwe ALMA-telescoop hebben we directe waarnemingen kunnen doen die licht werpen op de huidige theorieën omtrent de vorming van planeten!’
Casassus en zijn team gebruikten ALMA om, gedetailleerder dan met eerdere telescopen van dit type mogelijk was, het gas en stof rond de ster te bekijken. ALMA, die straling van submillimeter-golflengten detecteert, is ongevoelig voor de gloed van de ster, waar zichtbaarlicht- en infraroodtelescopen hinder van ondervinden. Het bestaan van de leemte in de stofschijf was al bekend, maar nu hebben de astronomen ontdekt dat er in die lege zone ijl gas is achtergebleven en dat er op twee plaatsen dichter gas van de buitenschijf naar de binnenschijf stroomt. ‘We denken dat er in beide stromen een reuzenplaneet schuilgaat, die tevens de oorzaak van de gasstroom is. Deze planeten groeien door een deel van het gas van de buitenschijf te bemachtigen. Maar het zijn nogal slordige eters: een deel van het gas schiet zijn doel voorbij en komt in de binnenschijf terecht,’ zegt teamlid Sebastián Pérez (ook Universidad de Chile). De waarnemingen beantwoorden ook een ander vraagstuk omtrent de schijf rond HD 142527. Omdat de centrale ster nog steeds aangroeit door materie uit de binnenschijf in te vangen, zou dit deel van de schijf allang verorberd zijn als het niet op de een of andere manier was aangevuld. Het team heeft ontdekt dat er precies voldoende restgas naar de binnenschijf stroomt om deze aan te vullen en de groeiende ster te voeden.
Een andere primeur is de detectie van het ijle gas in het lege tussengebied. ‘Astronomen hebben lang naar dit gas gezocht, maar tot nu toe hadden we alleen indirect bewijs voor het bestaan ervan. Met ALMA hebben we dit gas nu rechtstreeks waargenomen,’ aldus de uitleg van Gerrit van der Plas, een ander teamlid van de Universidad de Chile.
Ook dit overgebleven gas vormt een bewijs dat de gasstromen door reuzenplaneten worden veroorzaakt, en niet door nog grotere objecten, zoals een begeleidende ster. ‘Een tweede ster zou helemaal geen gas in de lege zone hebben achtergelaten. Door de hoeveelheid achtergebleven gas te onderzoeken, kunnen we wellicht de massa’s bepalen van de objecten die het gas hebben geruimd,’ vult Pérez aan.
En de planeten zelf? Casassus legt uit dat het feit dat zijn team deze niet rechtstreeks heeft kunnen detecteren, hem niet verrast. ‘We hebben met geavanceerde infraroodinstrumenten op andere telescopen naar de planeten gezocht. Maar we verwachten dat deze planeten-in-wording nog diep in de vrijwel ondoorzichtige gasstromen ingebed zijn. Daarom lijkt de kans klein dat zij rechtstreeks kunnen worden waargenomen.’
Toch willen de astronomen, middels verder onderzoek van de gasstromen en het ijle gas, proberen om meer te weten komen over de vermoedelijke planeten. De ALMA-telescoop is nog in aanbouw en nog niet op volle sterkte. Als hij klaar is, zullen zijn beelden nog scherper zijn, en zullen nieuwe waarnemingen van de gasstromen de astronomen wellicht in staat stellen om de eigenschappen van de planeten, met inbegrip van hun massa’s, te bepalen.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘Flows of gas through a protoplanetary gap’, dat op 2 januari 2013 in het tijdschrift Nature verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit S. Casassus (Universidad de Chile, Chili; Millennium Nucleus for Protoplanetary Disks – Ministerie van Economische Zaken van Chili), G. van der Plas (Universidad de Chile), S. Pérez M. (Universidad de Chile), W.R.F. Dent (Joint ALMA Observatory, Chili; European Southern Observatory, Chili), E. Fomalont (NRAO, VS), J. Hagelberg (Observatoire de Genève, Zwitserland), A. Hales (Joint ALMA Observatory; NRAO), A. Jordán (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chili), D. Mawet (European Southern Observatory), F. Ménard (CNRS/INSU, Frankrijk; Universidad de Chile; CNRS/UJF Grenoble, Frankrijk), A. Wootten (NRAO), D. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, VS), A.M. Hughes (U. C. Berkeley, VS), M.R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Chili), J.H. Girard (European Southern Observatory), B. Ercolano (Ludwig-Maximillians-Universität, Duitsland), H. Canovas (Universidad Valparaiso), P.E. Román (Universidad de Chile), V. Salinas (Universidad de Chile).
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), bestuurd 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).
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.
