Een wetenschappelijk nauwkeurig model van Beta Pictoris en zijn schijf. Klik om te vergroten
De schijven van gas en stof die pasgeboren sterren omringen staan bekend als proto-planetaire schijven; waarvan wordt gedacht dat het regio's zijn waar uiteindelijk planeten zullen ontstaan. Deze schijven verdwijnen naarmate de sterren ouder worden, maar sommige sterren zijn nog steeds te zien met een wolk van materiaal eromheen, puinschijven genaamd. Een van de bekendste hiervan is de schijf rondom Beta Pictoris, op slechts 60 lichtjaar afstand.
Planeten vormen zich in schijven van gas en stof die pasgeboren sterren omringen. Dergelijke schijven worden proto-planetaire schijven genoemd. Het stof in deze schijven wordt rotsachtige planeten zoals de aarde en de binnenkernen van gigantische gasplaneten zoals Saturnus. Dit stof is ook een opslagplaats van elementen die de basis van het leven vormen.
Proto-planetaire schijven verdwijnen naarmate de sterren volwassen worden, maar veel sterren hebben zogenaamde puinschijven. Astronomen veronderstellen dat als objecten zoals asteroïden en kometen eenmaal zijn geboren uit de proto-planetaire schijf, botsingen daartussen een secundaire stofschijf kunnen produceren.
Het bekendste voorbeeld van dergelijke stofschijven is die rondom de op één na helderste ster in het sterrenbeeld Pictor, wat 'schildersezel' betekent. Deze ster, bekend als Beta Pictoris of Beta Pic, is een zeer nabije buur van de zon, slechts zestig lichtjaar verwijderd en daarom gemakkelijk tot in detail te bestuderen.
Beta Pic is twee keer zo helder als de zon, maar het licht van de schijf is veel zwakker. Astronomen Smith en Terrile waren de eersten die dit zwakke licht in 1984 ontdekten door het licht van de ster zelf te blokkeren met behulp van een techniek die coronagraaf wordt genoemd. Sindsdien hebben veel astronomen de Beta Pic-schijf waargenomen met behulp van steeds betere instrumenten en telescopen op de grond en in de ruimte om de geboorteplaats van planeten en dus het leven in detail te begrijpen.
Een team van astronomen van het National Astronomical Observatory of Japan, Nagoya University en Hokkaido University combineerde voor het eerst verschillende technologieën om een infrarood polarisatiebeeld van de Beta Pic-schijf te verkrijgen met een betere resolutie en een hoger contrast dan ooit tevoren: een telescoop met een groot diafragma ( de Subaru-telescoop, met zijn grote 8,2 meter primaire spiegel), adaptieve optische technologie en een coronagraaf-imager die in staat is om licht te maken met verschillende polarisaties (Subaru's Coronagraphic Imager met Adaptive Optics, CIAO).
Een telescoop met een groot diafragma, vooral met de geweldige beeldkwaliteit van Subaru, zorgt ervoor dat zwak licht met hoge resolutie kan worden gezien. Adaptieve optische technologie vermindert de vervormende effecten van de atmosfeer van de aarde op licht, waardoor waarnemingen met een hogere resolutie mogelijk zijn. Coronagraphy is een techniek om licht van een helder object zoals een ster te blokkeren om zwakkere objecten in de buurt te zien, zoals planeten en stof rondom een ster. Door gepolariseerd licht te observeren, kan gereflecteerd licht worden onderscheiden van licht dat rechtstreeks afkomstig is van de oorspronkelijke bron. Polarisatie bevat ook informatie over de grootte, vorm en uitlijning van stofreflecterend licht.
Met deze combinatie van technologieën is het team erin geslaagd Beta Pic te observeren in infrarood licht van twee micrometer in golflengte met een resolutie van een vijfde van een boogseconde. Deze resolutie komt overeen met het kunnen zien van een individuele rijstkorrel van een mijl afstand of een mosterdzaadje van een kilometer afstand. Het bereiken van deze resolutie betekent een enorme verbetering ten opzichte van vergelijkbare eerdere polarimetrische waarnemingen uit de jaren 90, die slechts resoluties hadden van ongeveer anderhalve boogseconden.
De nieuwe resultaten suggereren sterk dat de schijf van Beta Pic planetesimalen, asteroïden of komeetachtige objecten bevat, die botsen om stof te genereren dat sterrenlicht weerkaatst.
De polarisatie van het door de schijf gereflecteerde licht kan de fysieke eigenschappen van de schijf onthullen, zoals samenstelling, grootte en distributie. Een afbeelding van al het golflengte-licht van twee micrometer toont de lange dunne structuur van de schijf die bijna op de rand wordt gezien. De polarisatie van het licht laat zien dat tien procent van het licht van twee micrometer gepolariseerd is. Het polarisatiepatroon geeft aan dat het licht een reflectie is van licht afkomstig van de centrale ster.
Een analyse van hoe de helderheid van de schijf verandert met de afstand tot het midden laat een geleidelijke afname van de helderheid zien met een kleine oscillatie. De lichte oscillatie in helderheid komt overeen met variaties in de dichtheid van de schijf. De meest waarschijnlijke verklaring is dat dichtere regio's corresponderen met waar planetesimalen botsen. Soortgelijke structuren zijn dichter bij de ster gezien in eerdere waarnemingen bij langere golflengten met Subaru's COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) en andere instrumenten.
Een vergelijkbare analyse van hoe de hoeveelheid polarisatie verandert met de afstand tot de ster, laat een afname in polarisatie zien op een afstand van honderd astronomische eenheden (een astronomische eenheid is de afstand tussen de aarde en de zon). Dit komt overeen met een locatie waar ook de helderheid afneemt, wat suggereert dat er op deze afstand van de ster minder planetesimalen zijn.
Terwijl het team modellen van de Beta Pic-schijf onderzocht die zowel de nieuwe als de oude waarnemingen kunnen verklaren, ontdekten ze dat het stof in de Beta Pic-schijf meer dan tien keer groter is dan de typische korrels van interstellair stof. Beta Pics stofschijf is waarschijnlijk gemaakt van losse stukjes stof en ijs van micrometerformaat, zoals minuscule stofbunnies van bacteriegrootte.
Samen leveren deze resultaten zeer sterk bewijs dat de schijf rond Beta Pic wordt gegenereerd door de vorming en botsing van planetesimalen. Het detailniveau van deze nieuwe informatie versterkt ons begrip van de omgeving waarin planeten zich vormen en ontwikkelen.
Motohide Tamura, die het team leidt, zegt: 'Weinig mensen hebben de geboorteplaats van planeten kunnen bestuderen door gepolariseerd licht te observeren met een grote telescoop. Onze resultaten laten zien dat dit een zeer lonende aanpak is. We zijn van plan ons onderzoek uit te breiden naar andere schijven, om een uitgebreid beeld te krijgen van hoe stof in planeten verandert. ”
Deze resultaten zijn gepubliceerd in de editie van 20 april 2006 van het Astrophysical Journal.
Teamleden: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya University, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido University)
Dit onderzoek werd ondersteund door het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie van Japan door middel van een subsidie voor wetenschappelijk onderzoek op prioritaire gebieden voor de "ontwikkeling van buitenzonne-planetaire wetenschap".
Oorspronkelijke bron: NAOJ-persbericht
