370 lichtjaren van ons verwijderd, maakt een zonnestelsel babyplaneten. De ster in het midden van dit alles is jong, slechts ongeveer 6 miljoen jaar oud. En zijn baby's zijn twee enorme planeten, waarschijnlijk beide gasreuzen, die zich voeden met gasvormig materiaal van de circumsolaire schijf van de ster.
De gastheerster in dit systeem wordt PDS 70 genoemd. PDS 70 is iets kleiner en minder zwaar dan onze zon en is nog steeds materie aan het aanwakkeren. Deze jonge ster is een T Tauri-ster, wat in feite betekent dat ze erg jong zijn en net beginnen in het leven. Omdat het zo jong is, zijn planeten zich nog steeds aan het vormen in een baan eromheen. En het zien van nog opkomende planeten is iets waar astronomen nu pas goed in beginnen te worden.
"Dit is de eerste ondubbelzinnige detectie van een systeem met twee planeten dat een schijfopening snijdt."
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
Wat de beelden van deze jonge, nog steeds vormende planeten interessant maakt, is dat ze een bewijs zijn voor onze al lang bestaande theorie over hoe planeten zich vormen in jonge zonnestelsels. Die theorie wordt de Nebulaire hypothese genoemd en bestaat al tientallen jaren, maar zonder het observationele bewijs om het te ondersteunen.
De nevelhypothese
Sterren ontstaan uit enorme wolken van voornamelijk waterstof, moleculaire wolken genoemd. Moleculaire wolken zijn zwaartekracht instabiel en het gas heeft de neiging samen te klonteren. Uiteindelijk begint een van deze klonten te sneeuwballen en groter en groter te worden. Daarbij vlakt de wolk uit als een pannenkoek en begint te draaien, en wanneer de centrale massa dicht genoeg wordt, ontbrandt deze in een fusie en wordt een ster geboren. Veel sterren bevinden zich in binaire systemen, wanneer twee sterren zich vormen vanuit de moleculaire wolk.
Maar de ster in het midden is niet de enige klomp. Andere, kleinere klonten vormen zich in het roterende gas en ze kunnen planeten vormen. Sommige gasvormige planeten, zoals Jupiter en Saturnus in ons eigen zonnestelsel, kunnen heel groot worden. (Astronomen noemen Jupiter en Saturnus soms 'mislukte sterren' omdat ze op weg waren om sterren te worden, maar konden er niet helemaal komen.)
Als je het proces daar zou kunnen bevriezen, zou je een jonge ster zien in het midden van een platte, roterende gaswolk. Maar in het gas zou je ringvormige openingen zien, waar planeten bezig zijn materiaal op te vegen en, nou ja, planeten worden. Dat proces wordt accretie genoemd. En het is niet langer een moleculaire wolk, nu wordt het een "protoplanetaire schijf" genoemd, omdat het een schijfvorm is en er zich protoplaneten in vormen.
En dat is precies wat astronomen zien.
De werkelijke planeten zien
Het leuke aan deze nieuwe beelden is dat we niet alleen de openingen en ringen kunnen zien die de aanwezigheid van een planeet aangeven, we kunnen ook echte planeten zien. En het is pas de tweede keer dat we zeker hebben gezien dat een systeem met twee planeten gaten in de schijf maakt. (In 2008 werd een systeem met vier planeten genaamd HR 8799 in beeld gebracht.)
'We waren erg verrast toen we de tweede planeet vonden.'
Sebastiaan Haffert, hoofdauteur Sterrenwacht Leiden.
'Dit is de eerste ondubbelzinnige detectie van een systeem met twee planeten dat een schijfopening snijdt', zegt Julien Girard van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.
In deze nieuwe studie, gepubliceerd in het nummer van 3 juni van Nature Astronomy, gebruikte het team van astronomen de MUSE Spectrograph op de Very Large Telescope (VLT.) Van de European Southern Observatory.
In een protoplanetaire schijf kijken is een zware taak. Niet alleen is de ster echt helder en domineert het beeld, maar al het gas en stof in de schijf kunnen het licht dat afkomstig is van de vormende planeten blokkeren. Het MUSE-instrument heeft de kracht om het licht dat wordt uitgezonden door de waterstof in de wolk te vergrendelen, wat een teken is van waterstof dat zich in stilstaande planeten vormt.
'We waren zeer verrast toen we de tweede planeet vonden', zegt Sebastiaan Haffert van Sterrewacht Leiden, hoofdauteur van de krant.
“Met faciliteiten als ALMA, Hubble of grote optische telescopen op de grond met adaptieve optiek zien we overal schijven met ringen en gaten. De open vraag was: zijn er planeten? In dit geval is het antwoord ja ', legt Girard uit.
Wat het team zag, was een planeet genaamd PDS 70c. (Een andere planeet in hetzelfde systeem, PDS 70b genaamd, werd ongeveer een jaar geleden voor het eerst opgemerkt.)
De nieuwe planeet, PDS 70c, bevindt zich nabij de buitenrand van de schijf en is ongeveer 5,3 miljard mijl van de ster verwijderd. Dat is ongeveer dezelfde afstand als Neptunus is van de zon. Astronomen hebben alleen voorlopige schattingen van de massa van de planeet, maar ze schatten dat PDS 70c tussen de 1 en 10 keer zo groot is als Jupiter.
De eerder ontdekte planeet, PDS 70b, is ongeveer 2 miljard mijl van de ster verwijderd, ongeveer hetzelfde als Uranus in ons zonnestelsel. De massa is tussen de 4 en 17 keer de massa van Jupiter.
Nu wachten we. Voor de James Webb-telescoop
Afbeeldingen krijgen van deze jonge exoplaneten is een soort gelukkig ongeluk voor de MUSE-spectrograaf. Het instrument is in eerste instantie ontwikkeld om sterrenstelsels en sterrenhopen te bestuderen. Maar het blijkt dat het goed is in het spotten van exoplaneten tijdens de vorming. En dat ongeluk heeft geholpen de nevelhypothese van hypothese naar geaccepteerde theorie te brengen.
“Deze nieuwe waarnemingsmodus is ontwikkeld om sterrenstelsels en sterrenhopen te bestuderen met een hogere ruimtelijke resolutie. Maar deze nieuwe modus maakt hem ook geschikt voor exoplanet-beeldvorming, wat niet de oorspronkelijke wetenschappelijke drijfveer was voor het MUSE-instrument, ”zei Haffert.
In de toekomst (de toekomst die steeds meer vertraging oploopt) zal de James Webb Space Telescope (JWST) de studie van jonge planeten die zich in deze schijven vormen, bevorderen. Zodra het eindeloze wachten op die geavanceerde ruimtetelescoop voorbij is, zou het vermogen ervan astronomen in staat moeten stellen om in te zoomen op zeer specifieke golflengten van licht dat wordt uitgezonden door accreterende waterstof.
Dat betekent dat wetenschappers zowel de temperatuur van het waterstofgas in de schijf als de dichtheid ervan kunnen meten. Als we beide dingen kennen, kunnen we echt begrijpen hoe gasreuzenplaneten ontstaan.
Maar voorlopig hebben we tenminste beelden van de planeten, en als astronomen naar de melkweg kijken en deze jonge sterrenstelsels en de gaten in de schijven zien, kunnen ze erop vertrouwen dat er inderdaad planeten zijn.
