Beeld van de schijf rond ster HD45677 met ter vergelijking in blauw de baan van Jupiter en in groen die van de aarde.
© Jacques Kluska et al

Eerste gedetailleerde beelden van planeetvormende schijven rond jonge sterren

Een internationaal team van astronomen is erin geslaagd om vijftien beelden vast te leggen van de binnenste randen van planeetvormende schijven op honderden lichtjaren van onze planeet. Die schijven van stof en gas, in vorm vergelijkbaar met een dikke vinylplaat, vormen zich rond jonge sterren. Het is de eerste keer dat er zo'n gedetailleerde beelden van gemaakt zijn en ze werpen nieuw licht op de vorming van planetenstelsels. Hoofdauteur van de studie over de beelden is Jacques Kluska van het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven.

Om te begrijpen hoe planetenstelsels, waaronder het onze, gevormd worden, moet je naar hun ontstaan kijken. Een jonge ster wordt gevormd als gas en stof opeenhopen in een interstellaire wolk. Een deel van dit invallende gas en stof blijft gevangen in een baan rond de ster, in een zogenoemde protoplanetaire schijf.

De stofdeeltjes in deze schijven kunnen uitgroeien tot grotere lichamen, wat uiteindelijk leidt tot de vorming van planeten. Wetenschappers veronderstellen dat rotsachtige planeten zoals de aarde zich vormen in de binnenste regio’s van protoplanetaire schijven, minder dan vijf astronomische eenheden (AE, de afstand tussen de aarde en de zon, ongeveer 149,6 miljoen kilometer) verwijderd van de ster waarrond de schijf is gevormd.

Er bestonden al enkele foto's van dit soort schijven vóór deze nieuwe studie. Die werden echter gemaakt met de grootste enkelvoudige spiegeltelescopen, die niet in staat zijn om de kleinste details vast te leggen.

"Op die foto's zijn de gebieden dicht bij de ster, waar rotsachtige planeten ontstaan, slechts enkele pixels groot", zei hoofdauteur Jacques Kluska van het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven. "Deze details moesten verder zichtbaar gemaakt worden om te weten te komen hoe planeten ontstaan en om de eigenschappen van de schijven in kaart te brengen.”

Dat vroeg om een hele andere observatietechniek. "Ik ben zeer blij dat we nu voor het eerst vijftien van deze beelden hebben", zei Kluska.

Voorstelling van de latere stadia van de vorming van een planetenstelsel. In de protoplanetaire schijf zit nog wat stof en gas en kometen draaien in een baan rond de  jonge ster.
Pat Rawlings/NASA/Public domain

Infrarood-interferometrie

Kluska en zijn collega’s maakten de beelden in de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (European Southern Observatory, ESO) in Chili met een techniek genaamd infrarood-interferometrie. Met behulp van ESO’s PIONIER-instrument combineerden ze het licht van de vier Unit Telescopes van de Very Large Telescope om de schijven in detail vast te leggen.

Die techniek leverde echter geen beeld op van de schijven. "Het licht van de ster, verhinderde ons om de schijven in detail te bekijken, dat moest dus eerst verwijderd worden", zei Kluska. Dat gebeurde aan de hand van wiskundige berekeningen, vergelijkbaar met de manier waarop het eerste beeld van een zwart gat werd gemaakt.

"Details onderscheiden op het niveau van de banen van rotsachtige planeten zoals de aarde of [van een gasreus als]Jupiter  – wat neerkomt op een fractie van de afstand tussen de aarde en de zon – is hetzelfde als een mens op de maan kunnen zien, of een haar kunnen onderscheiden op 10 kilometer afstand", zei Jean-Philippe Berger van de Université Grenoble-Alpes, die de leiding had over het werk met het PIONIER-instrument.

“Infrarood-interferometrie wordt steeds vaker gebruikt om de kleinste details van astronomische objecten bloot te leggen. Door deze techniek te combineren met geavanceerde wiskunde, kunnen we eindelijk de resultaten van deze waarnemingen omzetten in beelden.”

Een collage van de 15 beelden van de schijven rond jonge sterren. De sterretjes zijn toegevoegd voor de duidelijkheid, aangezien het licht van de sterren net weggewerkt is met algoritmes, wiskundige berekeningen.
© Jacques Kluska et al

Onregelmatigheden

Sommige bevindingen springen meteen in het oog. "Je kan zien dat sommige plekken helderder of net minder helder zijn, zoals in de beelden hierboven: dat duidt op processen die tot planeetvorming kunnen leiden. De schijf kan bijvoorbeeld onregelmatigheden bevatten die op plaatsen waar ruimtestof opeenhoopt, kunnen leiden tot wervelingen. Hierdoor kan het stof groeien en uiteindelijk evolueren tot een planeet”, zei Kuska.

Het team zal verder onderzoek doen naar de mogelijke oorzaken van deze onregelmatigheden. Verder zal Kluska ook nieuwe waarnemingen doen om een nog gedetailleerder beeld te krijgen en rechtstreeks getuige te zijn van planeetvorming in de regio's binnen de schijven die dicht bij de ster liggen.

Daarnaast staat Kluska aan het hoofd van een team dat onderzoek doet naar elf schijven rond andere, oudere soorten sterren die ook omgeven zijn door stofschijven. Men vermoedt immers dat die schijven ook zullen evolueren tot planeten.

De studie en de beelden van het internationale team zijn gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de KU Leuven.

Beeld van de schijf rond ster R CrA met ter vergelijking de baan van de aarde rond de zon. Het beeld is genomen met de Very Large Telescope Interferometer.
© Jacques Kluska et al
Het volledige beeld van bovenaan het artikel: een beeld van de schijf rond de jonge ster HD45677, met ter vergelijking de banen van Jupiter en de aarde.
© Jacques Kluska et al

Meest gelezen