Artist's concept van een Jupiter-achtige planeet in een baan om een ster. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
Met behulp van NASA's Spitzer Space Telescope heeft een team van astronomen onder leiding van de Universiteit van Rochester gaten ontdekt die de stoffige schijven rond twee zeer jonge sterren doen rinkelen, wat suggereert dat daar gasreuzenplaneten zijn gevormd. Een jaar geleden vonden dezelfde onderzoekers het bewijs van de eerste 'babyplaneet' rond een jonge ster, die de modellen van de meeste astrofysici van de vorming van een reuzenplaneet uitdaagde.
De nieuwe bevindingen in het nummer van 10 september van Astrophysical Journal Letters versterken niet alleen het idee dat gigantische planeten zoals Jupiter veel sneller vormen dan wetenschappers traditioneel hadden verwacht, maar een van de met gas omhulde sterren, GM Aurigae genaamd, is analoog aan de onze zonnestelsel. Op slechts 1 miljoen jaar oud geeft de ster een uniek venster op hoe onze eigen wereld mogelijk is ontstaan.
"GM Aurigae is in wezen een veel jongere versie van onze zon, en de kloof in zijn schijf is ongeveer even groot als de ruimte die wordt ingenomen door onze eigen gigantische planeten", zegt Dan Watson, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Rochester en leider van het onderzoeksteam van Spitzer IRS Disks. 'Als je ernaar kijkt, is het alsof je naar babyfoto's van onze zon en ons zonnestelsel kijkt', zegt hij.
"De resultaten vormen een uitdaging voor de bestaande theorieën over de vorming van reuzenplaneetten, met name die waarin planeten zich over miljoenen jaren geleidelijk opbouwen", zegt Nuria Calvet, hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Michigan en hoofdauteur van het artikel. "Studies zoals deze zullen ons uiteindelijk helpen beter te begrijpen hoe onze buitenste planeten, evenals andere planeten in het universum, zich vormen."
De nieuwe 'babyplaneten' leven in de open plekken die ze hebben uitgespoeld in de schijven rond de sterren DM Tauri en GM Aurigae, 420 lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Stier. Van deze schijven wordt al jaren vermoed dat ze centrale gaten hebben die mogelijk te wijten zijn aan planeetvorming. De nieuwe spectra laten echter geen twijfel bestaan: de gaten zijn zo leeg en scherp dat de planetaire formatie verreweg de meest redelijke verklaring is voor hun uiterlijk.
De nieuwe planeten kunnen nog niet rechtstreeks worden gezien, maar Spitzer's Infrared Spectrograph (IRS) -instrument liet duidelijk zien dat een stofgebied rond bepaalde sterren ontbrak, wat sterk wijst op de aanwezigheid van een planeet rond elke ster. Het stof in een protoplanetaire schijf is heter in het centrum nabij de ster en straalt dus het meeste van zijn licht uit bij kortere golflengten dan de koelere buitenste regionen van de schijf. Het IRS Disks-team ontdekte dat er een abrupt tekort was aan licht dat uitstraalde op alle korte infraroodgolflengten, wat sterk suggereert dat het centrale deel van de schijf afwezig was. Deze sterren zijn volgens sterrennormen erg jong, ongeveer een miljoen jaar oud en nog steeds omgeven door hun embryonale gasschijven. De enige haalbare verklaring voor de afwezigheid van gas dat zou kunnen optreden tijdens de korte levensduur van de ster, is dat een planeet - hoogstwaarschijnlijk een gasreus zoals onze Jupiter - in een baan om de ster draait en het gas gravitationeel 'wegveegt' binnen die afstand van de ster.
Net als bij de bevindingen van de jonge planeet van vorig jaar, vormen deze waarnemingen een uitdaging voor alle bestaande theorieën over de vorming van reusachtige planeten, vooral die van de 'kernacretie'-modellen waarin dergelijke planeten worden opgebouwd door aanwas van kleinere lichamen, die veel vereisen meer tijd om een gigantische planeet te bouwen dan het tijdperk van deze systemen.
Het IRS Disks-team ontdekte iets anders merkwaardigs over GM Aurigae. In plaats van een eenvoudige centrale verwijdering van de stofschijf, zoals in de andere bestudeerde gevallen, heeft GM Aurigae een duidelijke opening in zijn schijf die een dichte, stoffige buitenste schijf scheidt van een zwakke binnenste. Dit kan een tussenfase zijn, aangezien de nieuwe planeet het stof eromheen opruimt en leidt tot een volledige centrale opruiming zoals de andere "babyplaneet" -schijven, of het kan het resultaat zijn van het binnen korte tijd vormen van meerdere planeten en het wegvegen ervan het stof op een meer complexe manier.
GM Aurigae heeft 1,05 keer de massa van onze zon - een bijna tweelingbroer - dus het zal zich ontwikkelen tot een ster die erg lijkt op de zon. Als het op ons eigen zonnestelsel zou worden gelegd, zou de ontdekte kloof ongeveer reiken van de baan van Jupiter (460 miljoen mijl) tot de baan van Uranus (1,7 miljard mijl). Dit is hetzelfde bereik waarin de gasreuzenplaneten in ons eigen systeem verschijnen. Kleine niet-gasreuzenplaneten, rotsachtige werelden zoals de aarde, zouden niet zoveel materiaal opzuigen en zouden daarom niet te detecteren zijn als er geen stof was.
De Spitzer-ruimtetelescoop werd op 25 augustus 2003 in een baan om de aarde gebracht. Het IRS Disks-onderzoeksteam wordt geleid door leden die Spitzer's Infrared Spectrograph hebben gebouwd, en omvat astronomen aan de University of Rochester, Cornell University, de University of Michigan, the Autonomous National Universiteit van Mexico, de Universiteit van Virginia, Ithaca College, de Universiteit van Arizona en UCLA. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, beheert de Spitzer Space Telescope-missie voor NASA's Directoraat Wetenschapsmissie in Washington. Wetenschappelijke operaties worden uitgevoerd in het Spitzer Science Center van het California Institute of Technology, ook in Pasadena.
