Nieuwe beelden brengen nu het onomstotelijke bewijs.

Op een afstand van zo’n 370 lichtjaar van de aarde vandaan bevindt zich de jonge ster PDS 70. De ster is iets kleiner dan onze zon en wordt omgeven door een schijf van gas en stof. Eerder brachten onderzoekers al aan het licht dat de ster vergezeld wordt door twee babyplaneten: PDS 70 b en PDS 70 c. Nieuwe afbeeldingen gemaakt van het systeem bevestigen nu inderdaad hun bestaan.

Het PDS70-systeem
De ontdekking van de exoplaneten in hun stofschijven is best bijzonder. Zo hebben onderzoekers tientallen stofschijven met gaten rond sterren waargenomen, maar nooit eentje ontdekt waar de bijbehorende planeten zichtbaar waren. PDS 70 is dan ook het eerste bekende meervoudige exoplaneetsysteem waar astronomen de vorming van planeten op de voet kunnen volgen. De eerste foto van de babyplaneet PDS 70b werd in 2018 vervaardigd. Te zien was hoe de planeet zich – op zo’n 3 miljard kilometer afstand van de ster – een weg baande door de stofschijf die PDS 70 nog omringt. Meerdere afbeeldingen op verschillende golflengten volgden in 2019, toen astronomen erachter kwamen dat er uit de stofschijf nóg een planeet was geboren: PDS 70 c. Beide Jupiter-achtige babyplaneten werden ontdekt door ESO’s Very Large Telescope.


Verwarring
“Er ontstond enige verwarring toen de twee protoplaneten voor het eerst in beeld werden gebracht,” zegt onderzoeksleider van de studie Jason Wang. “Babyplaneten ontstaan uit een schijf van stof en gas rond een pasgeboren ster. Dit materiaal hoopt zich op een protoplaneet op, waardoor er een soort rookgordijn ontstaat. Dit maakt het moeilijk om de stoffige, gasvormige schijf te onderscheiden van de zich ontwikkelende planeet.”

Hoe ontstaan planeten?
Wat we tot nu toe weten is dat de meeste planeten ontstaan wanneer een moleculaire wolk instort, waardoor een jonge ster ontstaat. Het systeem begint steeds een beetje sneller draaien en er ontstaat een afgeplatte schijf rondom de jonge protoster; de protoplanetaire schijf. In de miljoenen jaren die volgen botsen deeltjes in de schijf tegen elkaar, waardoor deze deeltjes samenklonteren tot steeds grotere objecten. En zo worden planeten geboren (zie ook de afbeelding hieronder)

Illustratie van de eerste stappen van het ontstaan van planeten. Linksboven: een protoplanetaire schijf bestaande uit gas en stofdeeltjes. Onder: deze deeltjes klonteren samen tot steeds grote agglomeraten. Rechtsboven: uiteindelijk leidt dit tot planeten rondom een jonge ster. Afbeelding: Daria Dall’Olio.

.

Om duidelijkheid te scheppen, ontwikkelde Wang met zijn team een methode om de babyplaneten te onderscheiden van de stofschijven. “We weten dat de vorm van een schijf een symmetrische ring rond de ster voorstelt, terwijl een planeet een enkel punt in de afbeelding is,” vertelt Wang. “Op basis van onze kennis over hoe een schijf eruit moet zien, kunnen we afleiden hoe helder de schijf moet zijn op de plek waar de babyplaneet zich bevindt. Vervolgens kunnen we de schijf uit de afbeelding filteren. Het enige wat dan overblijft is het licht van de planeet.”

Afbeelding van het PDS 70-systeem. De witte pijlen wijzen naar de babyplaneten. De omringende stofschijf is uit deze afbeelding gefilterd, waardoor de planeten beter zichtbaar zijn. Afbeelding: J. Wang, Caltech

Foto’s
Op deze manier vervaardigde het team nieuwe foto’s met behulp van de Near Infrared Camera (NIRC2) waar de Keck-II-telescoop mee uitgerust is. Dit instrument heeft onlangs een belangrijke upgrade gekregen. Dankzij de upgrade kan het instrument scherpere en meer gedetailleerde beelden afleveren. “Dit heeft ons vermogen om exoplaneten te bestuderen drastisch verbeterd,” zegt onderzoeker Sylvain Cetre. “Vooral die rond sterren met een lage massa, waar actieve planeetvorming plaatsvindt.” De nieuwe beelden van het PDS 70-systeem bevestigen nu onafhankelijk het bestaan van de twee babyplaneten. En hiermee is het onomstotelijke bewijs geleverd dat er inderdaad twee pasgeboren reuzenplaneten in de stofschijf van PDS 70 verstopt zitten.


Over de twee planeten
PDS 70 b staat het dichtst bij de ster in de buurt: deze is ongeveer 3 miljard kilometer van zijn moederster verwijderd, vergelijkbaar met de baan van Uranus in ons zonnestelsel. De planeet is ongeveer 4 tot 17 keer zo zwaar als Jupiter. De buitenste planeet – PDS 70 c – draait op ongeveer 5 miljard kilometer om zijn ster, vergelijkbaar met de afstand van Neptunus tot onze zon. Deze planeet is ongeveer 1 tot 10 keer zo zwaar als Jupiter.

Onderzoek op dit gebied gaat door. In de toekomst hopen wetenschappers namelijk meer exoplaneten die verstopt zitten in stofschijven te ontmaskeren. Want hierdoor kunnen we beter gaan begrijpen hoe planeten precies ontstaan en zich ontwikkelen. Onlangs wisten astronomen ook al verbazingwekkend scherpe foto’s van protoplanetaire stofschijven rondom zogenaamde Herbig Ae/Be sterren te schieten. Deze foto’s zijn de boeken in gegaan als één van de meest gedetailleerde beelden die ooit van dit soort schijven zijn gemaakt. Onderzoekers zijn erg geïnteresseerd in protoplanetaire schijven. Want uit zo’n zelfde schijf rondom onze jonge zon is namelijk ook ooit de aarde voortgekomen. Als we dus meer over protoplanetaire schijven gaan begrijpen, zullen we ook kunnen openbaren hoe ons eigen planetaire systeem zich ooit heeft gevormd.