Waarnemingen met de Very Large Telescope laten duidelijke tekenen zien van de vorming van een planeet.

“Er zijn tot nu toe duizenden exoplaneten ontdekt, maar er is weinig bekend over hun ontstaan.” Aan het woord is Anthony Boccaletti, onderzoeksleider van de nieuwe studie. Om meer over de oorsprong van planeten te weten te komen, heeft hij samen met een team de dichte schijf van gas en stof rond de jonge ster AB Aurigae bestudeerd. En in deze schijf ontdekten ze een opvallende ‘knik’ die mogelijk de plek aangeeft waar zich een heuse planeet aan het vormen is.

AB Aurigae
AB Aurigae is een ster op 520 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Voerman. Onderzoekers hielden de ESO’s Very Large Telescope (VLT) op de ster gericht in de hoop getuige te zijn van de geboorte van een planeet. “Om het moment van planeetvorming werkelijk te kunnen vastleggen, moeten we zeer jonge systemen waarnemen,” licht Boccaletti toe. Astronomen weten namelijk dat planeten geboren worden door de samenklontering van koud gas en stof in protoplanetaire schijven (vergelijkbaar met een muziekplaat bestaande uit stof en gas) rondom jonge sterren. Maar tot nu toe konden astronomen geen beelden vervaardigen van jonge schijven die genoeg details laten zien om de ‘knik’ te vinden die de plek aangeeft waar zich een babyplaneet aan het vormen is. 


Ontstaan van de aarde

Onderzoekers bestuderen de oorsprong van planeten niet alleen om meer te weten te komen over hoe exoplaneten het levenslicht zien. Ook proberen ze te achterhalen hoe onze aarde ooit is ontstaan. Aangenomen wordt dat rotsachtige planeten zoals de aarde zich vormen in de binnenste regionen van protoplanetaire schijven. Zo vormen deze zich vermoedelijk op minder dan vijf au (Astronomische Eenheid, de afstand aarde-zon) verwijderd van de ster waaromheen de schijf is gevormd. Onlangs zijn onderzoekers erin geslaagd om deze binnenste regionen van een stofschijf te fotograferen. En op die manier ontrafelen we niet alleen hoe ons planetair systeem mogelijk ontstond, maar ook in het bijzonder hoe onze aarde werd geboren.

Eerdere waarnemingen van het AB Aurigae-systeem enkele jaren geleden suggereerden dat rondom de ster planeten worden gevormd. Op deze reeds vervaardigde beelden ontdekten onderzoekers namelijk twee spiraalarmen van gas in de nabijheid van de ster, die zich in het hart van de schijf bevinden. Dat was voor Boccaletti en een team van astronomen reden om in 2019 en begin 2020 scherpere opnamen van de ster te maken met het SPHERE-instrument van ESO’s Very Large Telescope. De SPHERE-beelden zijn de ‘diepste’ opnamen van het AB Aurigae-systeem die tot nu toe zijn gemaakt. 

Nieuwe beelden
De nieuwe beelden van AB Aurigae onthullen een prachtige spiraal van stof en gas rond de ster. Dit soort spiralen zijn een teken dat er babyplaneten aanwezig zijn die “het gas in de schijf verstoren, net zoals de boeggolf van een boot het oppervlak van een meer verstoort,” legt Emmanuel Di Folco uit. Doordat de planeet om de centrale ster draait, neemt deze golf de vorm van een spiraalarm aan.


Knik
De spiraalstructuur vertoont daarnaast ook een opvallende en zeer heldere gele ‘knik’, die ongeveer even ver van de ster verwijderd is als Neptunus van de zon. Dit waargenomen kenmerk zou het eerste directe bewijs kunnen zijn voor de geboorte van een babyplaneet. “De knik wordt door sommige theoretische modellen voor de planeetvorming voorspeld’, zegt co-auteur Anne Dutrey. ‘Hij vormt de verbinding tussen twee spiralen, waarvan de ene vanaf de omloopbaan van de planeet naar binnen gaat en de andere naar buiten uitwaaiert. De twee komen bij de planeet-in-wording bij elkaar en zorgen ervoor dat deze zich kan voeden met het gas en stof van de schijf.”

De foto’s van het AB Aurigae-systeem waarop de omringende schijf te zien is. De rechter foto, een ingezoomde versie van het centrale deel van de foto links, toont het hart van de schijf. Daar bevindt zich de ‘knik’ (in zeer helder geel) waarvan wetenschappers denken dat dit de plek is waar een planeet ontstaat. De knik is ongeveer even ver verwijderd van AB Aurigae als Neptunus van de zon. De blauwe cirkel geeft de omvang van de omloopbaan van Neptunus aan. Afbeelding: ESO/Boccaletti et al.

De nieuwe waarnemingen leveren belangrijke aanwijzingen op die wetenschappers meer inzicht verschaffen in hoe planeten het levenslicht zien. Maar meer onderzoek is onderweg. ESO bouwt momenteel namelijk aan de Extremely Large Telescope (ELT), die een primaire spiegel met een diameter van zo’n 39 meter krijgt. Het is de grootste optische/nabij-infraroodtelescoop ter wereld, in staat om nog gedetailleerdere opnamen te maken van opgroeiende planeten. “‘We zullen dan direct en veel preciezer gaan zien hoe de dynamiek van het gas bijdraagt aan het planeetvormingsproces,” concludeert Boccaletti. Wat dat betreft liggen er mogelijk nog veel en onvoorstelbare ontdekkingen met de ELT in het verschiet en zal de telescoop bijdragen aan decennia grensverleggend onderzoek.