Voor het eerst hebben onderzoekers een gas- en stofschijf gespot rond een exoplaneet. De schijf brengt mogelijk meerdere manen voort.

Met behulp van het Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en ESO’s Very Large Telescope (VLT) bestudeerden onderzoekers de ster PDS 70. Deze jonge ster bevindt zich op zo’n 370 lichtjaar afstand van de aarde en bezit – zo weten we sinds kort – twee Jupiter-achtige planeten: PDS 70b en PDS 70c. En rond één van deze planeten hebben ALMA en VLT nu iets bijzonders gespot: een circumplanetaire schijf. Dit is een gas- en stofschijf waaruit volgens theorieën en modellen manen geboren worden.

Een eigen schijf
“Planeten ontstaan uit gas- en stofschijven rond pasgevormde sterren,” legt onderzoeker Andrea Iselle uit. “En als een planeet groot genoeg is, kan deze zijn eigen schijf vormen, doordat de planeet terwijl deze om de ster cirkelt materiaal verzamelt.”


Jupiter
Aangenomen wordt dat bijvoorbeeld Jupiter – die naar schatting zo’n 79 manen heeft – op deze manier aan zijn manen is gekomen. Helemaal zeker weten we dat echter niet. Modellen die suggereren dat dergelijke grote verzamelingen natuurlijke satellieten op deze manier ontstaan, wijzen namelijk ook uit dat circumplanetaire schijven maar een kort leven beschoren zijn. Ze zouden rond jonge planeten doorgaans slechts 10 miljoen jaar stand houden. Het zou betekenen dat de laatste circumplanetaire schijf in ons zonnestelsel al meer dan vier miljard jaar geleden verdween. Dat maakt het lastig om de theorie dat sommige manen uit circumplanetaire schijven geboren worden, in ons eigen zonnestelsel te toetsen. Gelukkig kunnen we met krachtige telescopen veel verder kijken dan ons eigen zonnestelsel. En Iselle en collega’s gingen dan ook op zoek naar jonge stelsels in de hoop daar op een circumplanetaire schijf te stuiten.

Observaties van ALMA wijzen uit dat PDS 70 c (rechts van het midden) een stofschijf bezit. Afbeelding: A. Isella, ALMA (ESO / NAOJ / NRAO).

Flinke manen
En in het systeem rond PDS 70 was het dus raak. De planeet PDS 70c blijkt overduidelijk een eigen gas- en stofschijf te bezitten. Hoe groot deze planeet – die ongeveer net zo ver van de moederster verwijderd is als Neptunus van de zon – is, is niet helemaal duidelijk. Schattingen lopen uiteen van net zo groot als Jupiter tot tien keer groter dan Jupiter. “Als de hogere schattingen kloppen, is het best mogelijk dat er rond deze planeet momenteel manen ter grootte van planeten ontstaan,” stelt Iselle.

De zoektocht naar exomanen
Dat onderzoekers nu een plek aan kunnen wijzen waar mogelijk exomanen ontstaan, is best bijzonder. Zeker als je bedenkt dat het wetenschappers tot op heden niet gelukt is om exomanen te vinden. Terwijl onze duizenden kandidaat-exoplaneten bekend zijn, ontbreekt overtuigend bewijs voor het bestaan van manen rond deze planeten. Je zou op basis daarvan bijna kunnen gaan vermoeden dat manen alleen in ons zonnestelsel voorkomen. Maar dat het tot op heden niet gelukt is om exomanen te spotten, lijkt andere verklaringen te hebben, zo vertelde onderzoeker Alex Teachy recent aan Scientias.nl. “In de eerste plaats zijn de instrumenten die we voorhanden hebben – hoe mooi deze ook zijn – amper gevoelig genoeg om de signalen waar we naar op zoek zijn te detecteren. Daarnaast verwachten we dat de manen klein zijn (kleiner dan de aarde) en het is erg moeilijk om zulke kleine werelden te vinden. Bovendien verwachten we dat de exoplaneten die manen herbergen zich op redelijk grote afstanden van hun moederster bevinden. Dit betekent dat deze planeten veel minder vaak voorbij komen en we daarom minder kansen krijgen om ze waar te nemen.”

De onderzoekers blijven dit systeem nauwlettend in de gaten houden. En daarbij is een sleutelrol weggelegd voor ALMA. Het observeren van planeten in dit afgelegen systeem is – ondanks dat ze toch wel op enige afstand van hun ster staan – niet eenvoudig, doordat de ster zoveel helderder is dan de planeten. Vergelijk het met het spotten van een vuurvliegje naast een vuurtoren. ALMA heeft echter veel minder moeite met dat sterlicht, doordat deze op millimeter en submillimeter-golflengten observeert. En op die golflengten zit het sterlicht aanzienlijk minder in de weg. “Het betekent dat we na verloop van tijd nog eens naar dit systeem kunnen kijken en de banen van de planeten en stofconcentratie in het systeem gemakkelijker in kaart kunnen brengen.” En gaandeweg komen onderzoekers zo steeds meer te weten over hoe zonnestelsels zoals het onze – met meerde planeten en talloze manen – ontstaan. “We begrijpen zo weinig van het ontstaan van planeten en nu hebben we eindelijk de instrumenten om directe observaties te doen en vragen over hoe ons zonnestelsel is ontstaan en hoe andere planeten ontstaan, te gaan beantwoorden.”