SPHERE, een instrument van de Very Large Telescope van ESO dat voor het zoeken naar planeten wordt gebruikt, heeft het eerste bevestigde beeld vastgelegd van een planeet die gevangen zit in de stofrijke schijf rond een jonge ster. De jonge planeet baant zich een weg door de oerschijf van gas en stof rond de zeer jonge ster PDS 70. De gegevens suggereren dat de atmosfeer van de planeet bewolkt is. Astronomen onder leiding van een groep van het Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Duitsland, hebben een spectaculaire momentopname gemaakt van de planeetvorming rond de jonge dwergsterPDS 70.
Door gebruik te maken van het SPHERE-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT) – een van de krachtigste instrumenten voor de jacht op planeten die er zijn – heeft het internationale team voor het eerst een duidelijke detectie gedaan van een jonge planeet, PDS 70b geheten, die zich een weg baant door het planeetvormende materiaal rond de jonge ster [1]. Het SPHERE-instrument stelde het team eveneens in staat de helderheid van de planeet op verschillende golflengten te meten. Hieruit konden de astronomen eigenschappen van diens atmosfeer afleiden.
Op de nieuwe beelden steekt de planeet heel duidelijk af als een helder vlekje naast het zwart gemaakte centrum van de schijf, waar zich de ster bevindt. Hij bevindt zich op ongeveer drie miljard kilometer van de centrale ster, wat ruwweg overeenkomt met de afstand tussen Uranus en de zon. Uit analyse blijkt dat PDS 70b een reusachtige gasplaneet is die enkele malen zoveel massa heeft als Jupiter. Het oppervlak van de planeet heeft een temperatuur van ongeveer 1000 °C, en is daarmee veel heter dan alle planeten van ons eigen zonnestelsel. Het donkere gebied in het midden van de foto is veroorzaakt door een coronagraaf, een masker dat het verblindende licht van de centrale ster tegenhoudt en astronomen de mogelijkheid biedt om de veel zwakkere schijf en de planetaire metgezel te detecteren. Zonder dit masker zou het zwakke licht van de planeet volkomen overstraald worden door het intense licht van PDS 70.
‘Deze schijven rond jonge sterren zijn de kraamkamers van planeten, maar tot nu toe is bij slechts een handjevol waarnemingen sporen van babyplaneten aangetroffen’, legt Miriam Keppler uit, die leiding gaf aan het team achter de ontdekking van de nog onvolgroeide planeet PDS 70. ‘Het probleem is dat de meeste planeetkandidaten die tot nu toe waren vastgelegd gewoon structuren in de schijf zelf konden zijn.’ De ontdekking van de jonge metgezel van PDS 70 is een opwindend wetenschappelijk resultaat dat al tot vervolgonderzoek heeft geleid. Een tweede team, waarbij veel van dezelfde astronomen betrokken zijn als bij de ontdekking van de planeet, onder wie ook Keppler, heeft de afgelopen maanden de eerste vervolgwaarnemingen gedaan om PDS 70b gedetailleerder te onderzoeken. De astronomen hebben daarbij niet alleen het hier getoonde spectaculair duidelijke beeld van de planeet verkregen, maar zijn er zelfs in geslaagd om diens spectrum vast te leggen. De analyse van dit spectrum geeft aan dat zijn atmosfeer wolkenrijk is.
De planetaire metgezel van PDS 70 heeft een reusachtig ‘gat’ in het centrum van de schijf ‘uitgehouwen’. Zo’n schijf met een centraal gat wordt een overgangsschijf genoemd. Het bestaan van dergelijke schijven was al tientallen jaren bekend en het vermoeden bestond dat ze ontstaan door de interactie tussen planeet en schijf. Nu kunnen we die planeet voor het eerst echt zien. ‘Kepplers resultaten geven ons een nieuw venster op de complexe en slecht begrepen beginstadia van de planeetvorming’, zegt André Müller, leider van het tweede team dat de jonge planeet heeft onderzocht. ‘We moesten een planeet in de schijf van een jonge ster waarnemen om de processen achter de planeetvorming werkelijk te begrijpen.’ Door de fysische eigenschappen van de planeet en diens atmosfeer te bepalen, kunnen astronomen theoretische modellen van het planeetvormingsproces toetsen.
Deze glimp van de in stof gehulde geboorte van een planeet was alleen mogelijk dankzij de indrukwekkende technologische mogelijkheden van ESO’s SPHERE-instrument, dat exoplaneten en schijven rond nabijgelegen sterren bestudeert met behulp van een techniek die contrastrijke beeldvorming wordt genoemd – een grote uitdaging. Zelfs wanneer het licht van een ster met een coronagraaf wordt afgeschermd, moet SPHERE nog steeds slim bedachte waarnemingsstrategieën en gegevensverwerkingstechnieken gebruiken om het signaal van de zwakke planetaire metgezellen rond heldere jonge sterren [2] op verschillende golflengten en tijdstippen uit te filteren Thomas Henning, directeur van het M Max-Planck-Institut für Astronomie en leider van de teams, vat het wetenschappelijke avontuur samen: ‘Na meer dan een decennium aan de bouw van deze geavanceerde machine te hebben gewerkt, kunnen we met SPHERE nu de vruchten van onze enorme inspanningen gaan plukken en babyplaneten ontdekken!’
Noten
[1] De afbeeldingen van de schijf en de planeet en het spectrum van de planeet zijn vastgelegd in het kader van de onderzoeksprogramma's SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) en DISK (sphere survey for circumstellar DISK). SHINE heeft als doel om nabij-infrarode opnamen te maken van 600 jonge nabije sterren om, met dank aan het sterke contrast en de hoge beeldresolutie van SPHERE, nieuwe exoplaneten en planetenstelsels te ontdekken en te karakteriseren. DISK verkent bekende, jonge planetenstelsels en hun circumstellaire schijven om de beginfasen van planeetvorming en de evolutie van planetaire structuren te onderzoeken.
[2] Om het zwakke signaal van de planeet naast de heldere ster naar boven te halen, maken astronomen gebruik van een verfijnde methode die profijt heeft van de draaiing van de aarde. In deze waarnemingsmodus maakt SPHERE, over een periode van enkele uren, voortdurend opnamen van de ster, waarbij het instrument zo stabiel mogelijk wordt gehouden. Als gevolg hiervan lijkt de planeet langzaam te draaien, waardoor zijn positie op de opname ten opzichte van de stellaire halo verandert. Met behulp van van ingewikkelde numerieke algoritmen worden de afzonderlijke beelden dan zo gecombineerd dat alle delen van de opname die zich tijdens de waarneming niet lijken te verplaatsen, zoals het signaal van de ster zelf, worden weggefilterd. Wat overblijft zijn alleen de delen die blijkbaar wel bewegen, waardoor de planeet zichtbaar wordt.
