Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA hebben astronomen het grootste en meest gevoelige zichtbare lichtbeeldonderzoek van de puinschijven rond nabije sterren voltooid. Deze stoffige schijven, waarschijnlijk veroorzaakt door botsingen tussen overgebleven objecten van planeetvorming, werden afgebeeld rond sterren zo jong als 10 miljoen jaar oud en zo volwassen als meer dan 1 miljard jaar oud.
Het onderzoek werd uitgevoerd door astronomen van het Goddard Space Center van NASA met de hulp van het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona. Het onderzoek werd geleid door Glenn Schneider, waarvan de resultaten verschenen in de uitgave van 1 oktober 2014 The Astronomical Journal.
"We merken dat de systemen niet alleen plat zijn met uniforme oppervlakken", zei Schneider. “Dit zijn eigenlijk behoorlijk gecompliceerde driedimensionale puinsystemen, vaak met ingebedde kleinere structuren. Sommige onderstructuren kunnen wegwijzers zijn van ongeziene planeten. '
Naast veel te leren over de puinvelden die naburige sterren omringen, bood de studie een gelegenheid om meer te leren over de vorming van ons eigen zonnestelsel.
"Het is alsof je terugkijkt in de tijd om de soorten destructieve gebeurtenissen te zien die ooit routinematig in ons zonnestelsel plaatsvonden nadat de planeten waren gevormd", zei Schneider.
Ooit gedacht dat het platte schijven waren, onthulde de studie een onverwachte diversiteit en complexiteit van stoffige puinstructuren rond de waargenomen sterren. Dit suggereert sterk dat ze door gravitatie worden beïnvloed door ongeziene planeten die in een baan om de ster draaien.
Deze effecten kunnen ook het gevolg zijn van het passeren van de sterren door de interstellaire ruimte. Daarnaast ontdekten de onderzoekers dat geen twee 'schijven' van materiaal rondom sterren hetzelfde waren.
De astronomen gebruikten Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph om 10 eerder ontdekte circumstellaire puinstelsels te bestuderen, plus MP Mus, een volwassen protoplanetaire schijf die qua leeftijd vergelijkbaar is met de jongste van de puinschijven.
Met name onregelmatigheden in één ringvormig systeem (rond HD 181327) lijken op de uitstoot van een enorme hoeveelheid vuil in het buitenste deel van het systeem als gevolg van de recente botsing van twee lichamen.
"Deze materiaalstraal is vrij ver verwijderd van zijn gastster - ongeveer tweemaal de afstand die Pluto is van de zon", zei mede-onderzoeker Christopher Stark van het Goddard Space Flight Center van de NASA, Greenbelt, Maryland. “Een object dat zo groot is op zo'n grote afstand catastrofaal vernietigen, is moeilijk uit te leggen en zou zeer zeldzaam moeten zijn. Als we in feite de recente nasleep van een enorme botsing zien, kan het ongeziene planetaire systeem behoorlijk chaotisch zijn. '
Een andere interpretatie van de onregelmatigheden is dat de schijf op mysterieuze wijze is vervormd door de passage van de ster door de interstellaire ruimte, die rechtstreeks interageert met ongezien interstellair materiaal. 'Hoe dan ook, het antwoord is opwindend', zei Schneider. "Ons team analyseert momenteel follow-upwaarnemingen die zullen helpen de ware oorzaak van de onregelmatigheid te achterhalen."
De afgelopen jaren hebben astronomen een ongelooflijke diversiteit gevonden in de architectuur van exoplanetaire systemen. Ze hebben bijvoorbeeld ontdekt dat planeten zijn gerangschikt in banen die duidelijk anders zijn dan in ons zonnestelsel.
"We zien nu een vergelijkbare diversiteit in de architectuur van de bijbehorende puin systemen", zei Schneider. 'Hoe beïnvloeden de planeten de schijven en hoe beïnvloeden de schijven de planeten? Er is een soort van onderlinge afhankelijkheid tussen een planeet en het bijbehorende puin dat de evolutie van deze exoplanetaire puinstelsels kan beïnvloeden. '
Van deze kleine steekproef is de belangrijkste boodschap om weg te halen een die van diversiteit, zei Schneider. Hij voegde eraan toe dat astronomen de interne en externe invloeden op deze systemen echt moeten begrijpen - zoals sterrenwinden en interacties met wolken van interstellair materiaal - en hoe ze worden beïnvloed door de massa en leeftijd van de moederster, en de overvloed aan zwaardere elementen nodig om planeten te bouwen.
Hoewel astronomen sinds 1995 bijna 4.000 exoplaneetkandidaten hebben gevonden, voornamelijk door middel van indirecte detectiemethoden, zijn er in diezelfde periode slechts ongeveer twee dozijn lichtverstrooiende, circumstellaire puinstelsels in beeld gebracht.
Dat komt omdat de schijven doorgaans 100.000 keer zwakker zijn dan (en vaak heel dicht bij) hun heldere oudersterren. De meerderheid is gezien vanwege het vermogen van Hubble om beelden met een hoog contrast uit te voeren, waarbij het overweldigende licht van de ster wordt geblokkeerd om de zwakke schijf rondom de ster te onthullen.
Het nieuwe beeldonderzoek geeft ook inzicht in hoe ons zonnestelsel 4,6 miljard jaar geleden is gevormd en geëvolueerd. In het bijzonder kan de vermoedelijke botsing van de planeet die in de schijf rond HD 181327 wordt gezien, vergelijkbaar zijn met hoe het aarde-maansysteem is gevormd, evenals het Pluto-Charon-systeem meer dan 4 miljard jaar geleden. In die gevallen werpen botsingen tussen lichamen ter grootte van een planeet puin dat vervolgens samensmolt tot een begeleidende maan.
