Wat is precies een "normaal" zonnestelsel? Als we dachten dat we in het verleden een idee hadden, doen we dat nu zeker niet. En een nieuwe studie onder leiding van astronomen aan de universiteit van Cambridge heeft dit feit versterkt. De nieuwe studie vond vier gasreuzenplaneten, vergelijkbaar met onze eigen Jupiter en Saturnus, die om een zeer jonge ster genaamd CI Tau cirkelden. En een van de planeten heeft een extreme baan die meer dan duizend keer verder van de ster verwijderd is dan de binnenste planeet.
CI Tau is ongeveer 500 lichtjaar van ons verwijderd in een zeer actief deel van de melkweg dat een "stellaire kraamkamer" wordt genoemd. Op slechts 2 miljoen jaar oud is CI Tau in stellaire termen slechts een kind. Onze eigen zon is ongeveer 5 miljard jaar oud en heeft nog 5 miljard te gaan, te geven of te nemen. Dus CI Tau is te jong om het soort gasreuzen te hebben dat het heeft. Of dat dachten we.
Ons beste model voor de vorming van zonnestelsels wordt de nevelhypothese genoemd en gaat ongeveer als volgt: een wervelende wolk van gas en stof groeit en krijgt dichtheid totdat deze ineenstort tot een ster en de fusie begint. Rond deze nieuw gevormde ster blijft de rest van het gas en stof als een protoplanetaire schijf ronddraaien. Na verloop van tijd klontert deze materie en vormt andere planeten, manen en asteroïden, en er is geen protoplanetaire schijf meer. Dat is een heel korte beschrijving van hoe het gaat.
Maar men denkt dat dit proces van planeetvorming lang duurt, veel meer dan 2 miljoen jaar. Een ster als onze zon kan in slechts 1 miljoen jaar ontstaan, maar gasplaneten hebben 10 tot 100 miljoen jaar nodig om te vormen, en aardse planeten doen er zelfs langer over.
“Saturnus massaplaneten zouden zich moeten vormen door eerst een vaste kern te verzamelen en er vervolgens een gaslaag bovenop te trekken, maar deze processen zouden op grote afstanden van de ster erg traag moeten zijn. De meeste modellen zullen moeite hebben om op deze afstand planeten van deze massa te maken. ” - Hoofdonderzoeker, professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Dit is niet de eerste keer dat CI Tau de aandacht van astronomen trekt. In 2016 ontdekten astronomen een hete Jupiter in een baan om de ster. Dit maakte het de eerste ster van zijn jonge leeftijd met een van deze zinderende hete gasreuzen. Een hete Jupiter is een gasreus in hetzelfde massabereik als onze eigen Jupiter, maar dan een die zo dicht bij zijn ster draait dat hij erg heet is. Hot Jupiter's puzzelen omdat we niet begrijpen hoe ze ‘in situ’ of zo dicht bij de ster kunnen vormen. Astronomen denken dat dit soort planeten verder van de ster verwijderd zijn en naar binnen migreren. Hoe kan dit in slechts 2 miljoen jaar gebeuren?
In deze nieuwe studie heeft een team van onderzoekers onder leiding van Cambridge University hun ogen weer op CI Tau gericht. Ze gebruikten de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) om in het CI Tau-systeem te zoeken naar broers en zussen voor de hete Jupiter. Wat ze vonden, heeft het mysterie van het systeem alleen maar vergroot. Ze ontdekten 3 andere gasreuzen die in een baan om de ster draaiden, en een van hen volgt een verre baan, duizend keer verder van de ster dan de binnenste planeet, de eerder genoemde hete Jupiter. Volgens de krant is dit "... het meest massieve ensemble van exoplaneten dat ooit op deze leeftijd is ontdekt." Dus wat betekent dit allemaal?
"Het is momenteel onmogelijk te zeggen of de extreme planetaire architectuur die in CI Tau wordt gezien, veel voorkomt in hete Jupiter-systemen ..." - Professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Voorlopig weten we het niet zeker. Ongeveer 1% van de sterren heeft hete Jupiters, maar de meeste bekende hete Jupiters zijn honderden keren ouder dan CI Tau. Voor zover we weten, kunnen planeten niet worden gevormd voordat de ster dat doet, hoe kunnen astronomen uitleggen wat er in dit systeem is gebeurd?
“Het is momenteel onmogelijk om te zeggen of de extreme planetaire architectuur die in CI Tau wordt gezien, veel voorkomt in hete Jupiter-systemen, omdat de manier waarop deze planeten van broers en zussen werden gedetecteerd - door hun effect op de protoplanetaire schijf - niet zou werken in oudere systemen die niet langer een protoplanetaire schijf ', zegt professor Cathie Clarke van het Cambridge Institute of Astronomy, de eerste auteur van de studie.
Er zijn hier genoeg vragen om een team van astronomen hun hele carrière bezig te houden. Volgens de onderzoekers is het onduidelijk welke rol de eventuele planeten van de broers of zussen speelden bij het aandrijven van de binnenste planeet in zijn ultra-nauwe baan. Het is ook onduidelijk of welk mechanisme in dit systeem ook speelt, hetzelfde mechanisme is dat hete Jupiters in het algemeen maakt. En een ander mysterie is hoe de buitenste twee planeten überhaupt zijn gevormd.
"Planeetvormingsmodellen hebben de neiging zich te concentreren op het kunnen maken van de soorten planeten die al zijn waargenomen, dus nieuwe ontdekkingen passen niet noodzakelijkerwijs bij de modellen", aldus Clarke. “Saturnus massaplaneten zouden zich moeten vormen door eerst een vaste kern te verzamelen en er vervolgens een gaslaag bovenop te trekken, maar deze processen zouden op grote afstanden van de ster erg traag moeten zijn. De meeste modellen zullen moeite hebben om op deze afstand planeten van deze massa te maken. ”
Dit is natuurlijk wat wetenschap zo overtuigend en effectief maakt. Astronomen observeren iets en maken een model om het uit te leggen. Vervolgens blijven ze observeren, en sommige ontdekkingen versterken het model, terwijl andere het uitdagen. Het model wordt dus steeds bijgewerkt en vertegenwoordigt in de loop van de tijd realistisch een steeds grotere steekproef van waarnemingen.
Astronomen zullen dit systeem blijven bestuderen om te proberen enkele van deze mysteries te ontrafelen. ALMA heeft een revolutie teweeggebracht in de studie van protoplanetaire schijven, en toekomstig werk zal ongetwijfeld weer sterk op ALMA steunen. Het heeft de kracht om planeten af te beelden die zich vormen in protoplanetaire schijven, die zwakke, slecht verlichte plaatsen zijn die heel moeilijk te zien zijn.
Laat u verrassen door wat ALMA ziet. Opnieuw.
- Persbericht van de Universiteit van Cambridge: "Reuzenplaneten rond jonge ster roepen vragen op over hoe planeten zich vormen"
- Onderzoekspaper: "Millimeterbeeldvorming met hoge resolutie van de CI Tau-protoplanetaire schijf: een enorm ensemble van protoplaneten van 0,1 tot 100 au"
- Persbericht Rice University: "Astronomen vinden gigantische planeet rond zeer jonge ster"
- Wikipedia-pagina: Nebulaire hypothese
