Universiteit Leiden

Blik in de kraamkamer van een zonnestelsel

De verdeling en beweging van moleculair gas in de protoplanetaire schijf rond jongere broertjes van de zon duiden er mogelijk op dat er al jonge planeten zijn gevormd. Dit concludeert een internationaal team van astronomen, waaronder Ewine van Dishoeck, hoogleraar moleculaire astrofysica, winnaar van de Spinozapremie. CRIRES
Het internationale team heeft voor de eerste keer het moleculaire gas rond jonge sterren, waarin nieuwe planeten kunnen ontstaan, in kaart gebracht. De sterrenkundigen deden hun ontdekking met het CRIRES-instrument op ESO's Very Large Telescope in Chili. Ze publiceren hun bevindingen in de Astrophysical Journal van 10 september. Exoplaneten
In de afgelopen jaren zijn meer dan 300 zogenoemde exoplaneten ontdekt, planeten die rond andere sterren draaien. Deze planeten zijn, evenals de planeten in ons eigen zonnestelsel, gedurende miljoenen jaren gevormd uit wolken van stof en gas dat zich in een schijf rond de ster bevindt. Deze protoplanetaire schijven zijn in de afgelopen jaren door sterrenkundigen waargenomen en geven een idee over hoe nieuwe planeten ontstaan. Afbeelding: Schildering van een proto-planetaire schijf met planeet-vorming Uit een eerdere studie van het team was bekend dat de protoplanetaire schijven gaten hebben in de verdeling van het stof (weergegeven in bruin) met een grootte vergelijkbaar met de baan van Uranus in ons zonnestelsel van 20 astronomische eenheden (AE) (een AE is de afstand aarde-zon, ongeveer 150 miljoen km). De onderzoekers laten nu zien dat er nog wel moleculair gas aanwezig is in dit gat (in wit) en ze hebben zelfs de locatie van dit gas heel nauwkeurig kunnen bepalen, tot op een fractie van een AE. Het feit dat er nog gas aanwezig is betekent of dat het stof is samengeklonterd tot planetaire embryo's, of dat zich al een reuzenplaneet heeft gevormd die bezig is om het gas in de schijf te verzamelen. © European Southern Observatory. Embryo's
Nieuw aan het onderzoek is dat in de protoplanetaire schijven rond drie soortgelijke sterren als de zon moleculair gas is ontdekt precies in de gaten waar het stof reeds ontbreekt. De astronomen concluderen uit de verdeling en bewegingen van het gas dat het stof is samengebald tot planetaire embryo's of dat de planeten al zijn gevormd en nu als een soort zwaartekrachtstofzuigers het gas in de omgeving aan het 'opruimen' zijn. Kraamkamer
'Dit is een fantastisch resultaat', zegt dr. Klaus Pontoppidan, de leider van het onderzoek. 'We kunnen een blik werpen in de kraamkamer van ons eigen zonnestelsel, zoals het 4.6 miljard jaar geleden uitgezien moet hebben.' Pontoppidan is in 2004 in Leiden bij Van Dishoeck gepromoveerd en nu werkzaam aan het California Institute of Technology in Pasadena. Infrarood
De metingen waren alleen mogelijk met een nieuwe techniek dat het team zelf ontwikkeld heeft en waarmee een uitzonderlijk scherp infrarood beeld met een bijzonder hoge spectrale resolutie van 1 op 100.000 kan worden gerealiseerd. Met deze techniek konden zij de beweging van het gas in de schijf zien, iets wat met de gangbare methodes niet kan. Afbeelding: Planeetvorming in het sterrenbeeld de Slangendrager Infraroodopname met de Spitzer Space Telescope van het centrale deel van Ophiuchus (de Slangendrager, op 400 lichtjaar afstand), waar op dit moment een geboortegolf van sterren plaatsvindt. Een van de jonge sterren is SR 21, aangegeven met het pijltje. Geprojecteerd over de foto is het spectrum, de 'vingerafdruk', van koolmonoxide (CO), gemaakt met CRIRES. Uit de positie en bewegingen van de CO-moleculen kan afgeleid worden dat het gas zich binnen het gat in de protoplanetaire schijf rond SR 21 bevindt, vergelijkbaar met de baan van Jupiter (5 AE) in ons zonnestelsel. © Spitzer opname: L. Allen (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) en Ds. Padgett (Spitzer Science Center) en NASA/JPL-Caltech. © CRIRES spectrum: ESO en K.M. Pontoppidan (Caltech). Reuzenplaneet
Op grond van hun metingen vermoeden de astronomen dat ze verschillende exoplaneten te pakken hebben: een zware reuzenplaneet op een afstand van 3.5 AE, een planeet die nog verder weg staat op 10 tot 20 AE, en een planeet die zeer dicht bij zijn begeleidende ster staat. 'Blijkbaar biedt een protoplanetaire schijf alle ingrediënten om zeer verschillende planeten te vormen', aldus Van Dishoeck. ALMA
Van Dishoeck wil met de toekomstige submillimeter-telescoop ALMA, dit soort protoplanetaire schijven in meer detail en op grotere schaal gaan onderzoeken. 'ALMA geeft informatie die geheel complementair is aan de infraroodgegevens van het CRIRES-instrument.' Het ultieme doel is om de chemische samenstelling van het gas in de schijf te koppelen aan de chemische samenstelling van de planeet. Artikel
Spectro-Astrometric Imaging of Molecular Gas Within Protoplanetary Disk Gaps, door K.M. Pontoppidan et al., Astrophysical Journal (September 10, 2008, 684, 1323).

(9 september 2008/SH)