De European Southern Observatory (ESO) heeft een verbluffende verzameling afbeeldingen vrijgegeven van de circumstellaire schijven die jonge sterren omringen. De beelden zijn gemaakt met het SPHERE-instrument (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) op de Very Large Telescope (VLT) van ESO in Chili. We kijken al geruime tijd naar afbeeldingen van circumstellaire schijven, maar deze collectie onthult de fascinerende verscheidenheid aan vormen en afmetingen die deze schijven kunnen aannemen.
We hebben een algemeen geaccepteerd model van stervorming, ondersteund door voldoende bewijs, waaronder afbeeldingen zoals deze van de ESO. Het model begint met een gas- en stofwolk die een gigantische moleculaire wolk wordt genoemd. Binnen die wolk begint een zak gas en stof samen te smelten. Uiteindelijk, naarmate de zwaartekracht ervoor zorgt dat materiaal naar binnen valt, wordt de zak massiever en oefent hij nog meer zwaartekracht uit. Er wordt steeds meer gas en stof aangezogen.
Het materiaal dat erin valt, geeft ook een zekere impulsmoment aan de pocket, wat rotatie veroorzaakt. Zodra er voldoende materiaal is verzameld, ontbrandt fusie en wordt een ster geboren. Op dat moment bevindt zich een proto-ster in de wolk, met ongebruikt gas en stof in een roterende ring rond de proto-ster. De overgebleven roterende ring wordt een circumstellaire schijf genoemd, waaruit uiteindelijk planeten ontstaan.
Er zijn andere afbeeldingen van circumstellaire schijven, maar ze zijn moeilijk vast te leggen. Om elke hoeveelheid detail op de schijven af te beelden, moet het licht van de ster in het midden van de schijf worden geblokkeerd. Dat is waar SPHERE binnenkomt.
SPHERE is in 2014 toegevoegd aan de Very Large Telescope van ESO. Het is voornamelijk de taak om exoplaneten rechtstreeks af te beelden, maar het heeft ook de mogelijkheid om afbeeldingen van circumstellaire schijven vast te leggen. Om dat te doen, scheidt het twee soorten licht: gepolariseerd en niet-gepolariseerd.
Licht dat rechtstreeks van een ster komt - in deze beelden is een jonge ster nog steeds omgeven door een circumstellaire schijf - is niet gepolariseerd. Maar zodra dat sterrenlicht wordt verstrooid door het materiaal in de schijf zelf, wordt het licht gepolariseerd. SPHERE kan, zoals de naam al doet vermoeden, de twee soorten licht scheiden en alleen het licht van de schijf isoleren. Zo legt het instrument zulke fascinerende beelden van de schijven vast.
Sinds het duidelijk werd dat exoplaneten niet zeldzaam zijn en dat de meeste sterren - misschien wel alle sterren - planeten hebben, is het begrijpen van de vorming van het zonnestelsel een hot topic geworden. Het probleem was dat we het niet echt in realtime kunnen zien gebeuren. We kunnen naar ons eigen zonnestelsel en andere volledig gevormde zonnestelsels kijken en raden hoe ze zijn gevormd. Maar planeetvorming is verborgen in die circumstellaire disss. Inzien in die schijven is cruciaal om de link te begrijpen tussen de eigenschappen van de schijf zelf en de planeten die zich in het systeem vormen.
De schijven die in deze collectie zijn afgebeeld, zijn meestal afkomstig van een onderzoek genaamd de DARTTS-S-enquête (Discs ARound T Tauri Stars with SPHERE). T Tauri-sterren zijn jonge sterren van minder dan 10 miljoen jaar oud. Op die leeftijd zijn planeten zich nog aan het vormen. De sterren variëren van 230 tot 550 lichtjaar verwijderd van de aarde. In astronomische termen komt dat redelijk dichtbij. Maar het verblindende heldere licht van de sterren maakt het nog steeds erg moeilijk om het zwakke licht van de schijven vast te leggen.
Een van de afbeeldingen is geen T Tauri-ster en komt niet uit de DARTTS-S-studie. De schijf rond de ster GSC 07396-00759, in de afbeelding hierboven, is eigenlijk afkomstig van de SHINE-enquête (SpHere INfrared survey for Exoplanets), hoewel de beelden zelf zijn vastgelegd met SPHERE. GSC 07396-00759 is een rode ster die deel uitmaakt van een systeem met meerdere sterren dat deel uitmaakte van de DARTTS-S-studie. Het raadselachtige is dat de rode ster even oud is als de T TAURI-ster in hetzelfde systeem, maar de ring rond de rode ster is veel meer geëvolueerd. Waarom de twee schijven rond twee sterren van dezelfde leeftijd zo verschillend van elkaar zijn in termen van tijdschaal en evolutie is een raadsel en is een van de redenen waarom astronomen deze schijven veel nauwkeuriger willen bestuderen.
We kunnen ons eigen zonnestelsel bestuderen en kijken naar de posities en kenmerken van de planeten en de asteroïdengordel en de Kuipergordel. Daaruit kunnen we proberen te raden hoe het allemaal is ontstaan, maar onze enige kans om te begrijpen hoe het allemaal samenkwam, is door naar andere jongere zonnestelsels te kijken terwijl ze zich vormen.
Het SPHERE-instrument en andere toekomstige instrumenten zoals de James Webb-ruimtetelescoop zullen ons in staat stellen de circumstellaire schijven rond andere sterren te onderzoeken en de details van planetaire vorming te ontrafelen. Deze nieuwe afbeeldingen van SPHERE zijn een prikkelende smaak van de details en variëteit die we kunnen verwachten.
