In 2017 gebruikten astronomen ALMA (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array) om naar de ster te kijken AB Aurigae . Het is een soort jonge ster die een Herbig Ae-ster wordt genoemd en die minder dan 10 miljoen jaar oud is. In die tijd vonden ze daar een stoffige protoplanetaire schijf, met verklikkergaten die wijzen op spiraalarmen.
Nu hebben ze nog een keer gekeken en ontdekten ze dat zich daar een heel jonge planeet vormde.
Jonge Herbig Ae-sterren zoals AB Aurigae zijn van groot belang voor astronomen. Ze zijn zo jong dat ze dat niet zijn hoofdreeks sterren tot nu toe, en ze zijn nog steeds omringd door hun circumstellaire schijf van gas en stof. En uit dat gas en stof worden jonge planeten gevormd.
De schijf rond AB Aurigae, die meer dan 500 lichtjaar verwijderd is, heeft spiraalarmen die in een knoop samenkomen. Wetenschappers geloven dat de knoop het precieze punt is waar een jonge planeet zich vormt. Een nieuwe studie gebruikte de GEBIED (Spectro-Polarimetrisch High-contrast Exoplanet REsearch) instrument op de Zeer grote telescoop (VLT) om AB Aurigae en de planeten die zich in zijn schijf ontwikkelen van dichterbij te bekijken.
De nieuwe studie is getiteld “ Mogelijk bewijs van voortdurende planeetvorming in AB Aurigae .” Hoofdauteur van de studie is Anthony Boccaletti van het Observatoire de Paris, PSL University, Frankrijk. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica .
'Tot nu toe zijn duizenden exoplaneten geïdentificeerd, maar er is weinig bekend over hoe ze zich vormen', zegt hoofdauteur Boccaletti in een persbericht . Het observeren van jonge, nog steeds vormende planeten is momenteel een groot probleem in de astronomie, maar het is moeilijk. De circumstellaire schijf rond de ster is moeilijk te zien, en zelfs onze beste technologie is nauwelijks opgewassen tegen de taak.
Artistieke impressie van een circumstellaire schijf van puin rond een verre ster. Deze schijf komt veel voor rond jongere sterren en is moeilijk om in te kijken. Krediet: NASA/JPL
Het SPHERE-instrument was van cruciaal belang voor dit werk. Het is een geavanceerde adaptief optisch systeem , gecombineerd met een coronagraaf. Het werd ontwikkeld om de studie van exoplaneten vooruit te helpen, met spectrografische en polarimetrische beelden met een lage resolutie. Het beeldt zowel in optisch als infrarood licht af. SPHERE stelde het team achter deze studie in staat zich te concentreren op de vroegste stadia van planetaire vorming.
'We moeten zeer jonge systemen observeren om het moment waarop planeten worden gevormd echt vast te leggen', zei Boccaletti. Die verwrongen knoop waar de spiraalarmen van de circumstellaire schijf van AB Aurigae samenkomen, is zo dichtbij als we dat moment hebben vastgelegd.
Deze spiralen duiden op de geboorte van een babyplaneet. Dat komt omdat de massa van de planeet een effect heeft op het minder dichte gas en stof in de schijf. In wezen schopt de planeet het materiaal in de schijf, waardoor een zichtbare golf ontstaat: de spiralen.
'De draaiing van de spiraal wordt perfect gereproduceerd met een planeetgestuurd dichtheidsgolfmodel wanneer rekening wordt gehouden met projectie-effecten.'
Uit de studie 'Mogelijk bewijs van voortdurende planeetvorming in AB Aurigae.'
Volgens Emmanuel Di Folco van het Astrophysics Laboratory van Bordeaux (LAB), Frankrijk, die aan deze studie deelnam, veroorzaken de jonge planeten 'storingen in de schijf in de vorm van een golf, ongeveer zoals het kielzog van een boot op een meer .” En terwijl de jonge planeet rond de centrale ster draait, worden die verstoringen spiraalarmen.
De afbeeldingen van het AB Aurigae-systeem tonen de schijf eromheen. De afbeelding aan de rechterkant is een ingezoomde versie van het gebied dat wordt aangegeven door een rood vierkant op de afbeelding aan de linkerkant. Het toont het binnenste gebied van de schijf, inclusief de zeer heldergele 'twist' (wit omcirkeld) die volgens wetenschappers de plek markeert waar een planeet wordt gevormd. Deze draaiing ligt op ongeveer dezelfde afstand van de AB Aurigae-ster als Neptunus van de zon. De blauwe cirkel stelt de grootte van de baan van Neptunus voor. De beelden zijn gemaakt met het SPHERE-instrument van ESO’s Very Large Telescope in gepolariseerd licht. Afbeelding tegoed: ESO/Boccaletti et al, 2020
In hun paper waarschuwen de auteurs ons dat we nog steeds aan het leren zijn wat er zich afspeelt in deze circumstellaire sluiers die jonge sterren omringen. We zijn nog in de begindagen om in die structuren te kijken, en ze zijn er niet zeker van dat deze draai een planeet is.
“SPHERE heeft de diepste beelden ooit gemaakt voor AB Aur in verstrooid licht. Onder de vele structuren die nog moeten worden begrepen, hebben we niet alleen de binnenste spiraalarmen geïdentificeerd, maar we hebben ook een kenmerk in de vorm van een draaiing in de oostelijke spiraal op een afstand van ongeveer 30 au opgelost.
Zijn ze zeker dat het een planeet is? Niet precies, maar de twist-functie komt overeen met modellering. 'De draaiing van de spiraal wordt perfect gereproduceerd met een planeetgestuurd dichtheidsgolfmodel wanneer rekening wordt gehouden met projectie-effecten', schrijven de auteurs.
Eerste waarnemingen van AB Aurigae gedaan met ALMA, maar zonder SPHERE, toonden het paar spiraalarmen. Maar ALMA alleen onthulde niet zoveel informatie. Het onthulde echter verleidelijke hints dat planeten zich vormden.
ALMA-opname van de stofring (rood) en gasvormige spiralen (blauw) van de circumstellaire schijf AB Aurigae onthullen gasvormige spiraalarmen in een brede stofspleet, wat een hint van planeetvorming geeft. Door ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Tang et al. – https://www.almaobservatory.org/en/press-release/astronomers-found-spirals-inside-a-dust-gap-of-a-young-star-forming-disk/, CC BY 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=87359440
Hoewel ALMA een krachtig hulpmiddel is, is SPHERE nog krachtiger. Het kan het zeer zwakke licht zien van stofkorrels en emissies die van de binnenste schijf komen. Astronomen waren in staat om de details in de spiralen te zien, en de 'draaiing' in hun centrum.
'De wending wordt verwacht van sommige theoretische modellen van planeetvorming', zegt co-auteur Anne Dutrey, ook bij LAB. 'Het komt overeen met de verbinding van twee spiralen - de ene kronkelt naar binnen in de baan van de planeet, de andere die zich naar buiten uitbreidt - die samenkomen op de locatie van de planeet. Ze laten gas en stof van de schijf toe om op de zich vormende planeet te groeien en deze te laten groeien.”
De schijf is een ingewikkelde structuur en astronomen hebben veel andere structuren erin waargenomen. Twee van hen waren van bijzonder belang, gemarkeerd met f1 en f2 in deze afbeelding. Beide zijn SPHERE-afbeeldingen, elk met een andere intensiteitsdrempel. Afbeelding tegoed: Boccaletti et al, 2020.
Er is voldoende theorie om de geboorte van planeten op het draaipunt te ondersteunen. “In het vroege stadium van planeetvorming geven hydrodynamische simulaties aan dat het accretieproces op de planeetlocatie een binnen- en buitenspiraalpatroon genereert als gevolg van Lindblad resonanties veroorzaakt door schijf-planeet interacties”, schrijft het team.
Maar het observationele bewijs om dit alles te ondersteunen, was moeilijk te vinden. Deze studie presenteert enkele van de beste observaties tot nu toe die de theorie ondersteunen.
In hun conclusie schrijven de auteurs: '...de SPHERE-waarnemingen van AB Aur in verstrooid licht gecombineerd met de ALMA-gegevens in het thermische regime leveren sterk bewijs dat we feitelijk getuige zijn van voortdurende planeetvorming die wordt onthuld door de bijbehorende spiraalarmen.'
Maar het is nog niet bewezen. 'Verdere waarnemingen zouden nodig zijn om dit resultaat te bevestigen en om betere massaschattingen af te leiden voor potentiële planeten op deze locatie.'
Die verdere observaties zijn misschien niet al te ver in de toekomst. De ESO's Extreem grote telescoop (ELT) zou in 2025 het eerste licht moeten zien. Met a 39 meter spiegel , zal de ELT een enorme boost zijn voor onze astronomische waarnemingskracht.
'We zouden direct en nauwkeuriger moeten kunnen zien hoe de dynamiek van het gas bijdraagt aan de vorming van planeten', concludeerde hoofdauteur Boccaletti.
Meer:
- Persbericht: ESO-telescoop ziet tekenen van planeetgeboorte
- Onderzoeksdocument: Mogelijk bewijs van voortdurende planeetvorming in AB Aurigae
- Universum vandaag: Worden de gaten in deze schijven veroorzaakt door planeten?