Decennia lang hebben wetenschappers getheoretiseerd dat er voorbij de rand van het zonnestelsel, op een afstand van maximaal 50.000 AU (0,79 ly) van de zon, een enorme wolk van ijzige planetesimalen ligt die bekend staat als de Oort-wolk. Vernoemd naar de Nederlandse astronoom Jan Oort, wordt aangenomen dat deze wolk de oorsprong is van kometen op lange termijn. Tot op heden is er echter geen direct bewijs geleverd om het bestaan van de Oort Cloud te bevestigen.
Dit komt door het feit dat de Oortwolk erg moeilijk te observeren is, vrij ver van de zon verwijderd en verspreid over een zeer groot gebied van de ruimte. In een recent onderzoek stelde een team van astrofysici van de University of Pennsylvania echter een radicaal idee voor. Met behulp van kaarten van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) gemaakt door de Planck missie en andere telescopen, ze geloven dat Oort-wolken rond andere sterren kunnen worden gedetecteerd.
De studie - "Oortwolken in de Melkweg rond sterren met CMB-onderzoeken", die onlangs online verscheen - werd geleid door Eric J Baxter, een postdoctoraal onderzoeker van de afdeling Fysica en Astronomie van de Universiteit van Pennsylvania. Hij werd vergezeld door hoogleraren Cullen H. Blake en Bhuvnesh Jain (de belangrijkste mentor van Baxter) in Pennsylvania.
Samenvattend: de Oortwolk is een hypothetisch gebied in de ruimte waarvan wordt aangenomen dat het zich uitstrekt van tussen de 2.000 en 5.000 AU (0,03 en 0,08 ly) tot wel 50.000 AU (0.79 ly) vanaf de zon - hoewel sommige schattingen aangeven dat het zou kunnen reiken tot 100.000 tot 200.000 AU (1,58 en 3,16 ly). Net als de Kuipergordel en de verstrooide schijf is de Oortwolk een reservoir van trans-Neptuniaanse objecten, hoewel hij meer dan duizend keer verder verwijderd is van onze zon dan deze andere twee.
Deze wolk is vermoedelijk afkomstig van een populatie van kleine, ijzige lichamen binnen 50 AU van de zon die aanwezig waren toen het zonnestelsel nog jong was. In de loop van de tijd wordt aangenomen dat orbitale verstoringen veroorzaakt door de gigantische planeten ervoor zorgden dat objecten met zeer stabiele banen de Kuipergordel vormden langs het ecliptische vlak, terwijl objecten met meer excentrieke en verre banen de Oortwolk vormden.
Omdat het bestaan van de Oortwolk een belangrijke rol speelde bij de vorming van het zonnestelsel, is het volgens Baxter en zijn collega's daarom logisch om aan te nemen dat andere sterrenstelsels hun eigen Oortwolken hebben - die ze exo-Oort noemen Wolken (EXOC's). Zoals Dr. Baxter via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
“Een van de voorgestelde mechanismen voor de vorming van de Oortwolk rond onze zon is dat sommige objecten in de protoplanetaire schijf van ons zonnestelsel door interacties met de gigantische planeten in zeer grote, elliptische banen werden uitgestoten. De banen van deze objecten werden vervolgens beïnvloed door nabijgelegen sterren en galactische getijden, waardoor ze vertrokken van banen die beperkt waren tot het vlak van het zonnestelsel, en de nu bolvormige Oort-wolk vormden. Je zou je kunnen voorstellen dat een soortgelijk proces zou kunnen plaatsvinden rond een andere ster met gigantische planeten, en we weten dat er veel sterren zijn die wel gigantische planeten hebben. ”
Zoals Baxter en zijn collega's in hun onderzoek hebben aangegeven, is het detecteren van EXOC's moeilijk, grotendeels om dezelfde redenen waarom er geen direct bewijs is voor de eigen Oort Cloud van het zonnestelsel. Ten eerste is er niet veel materiaal in de wolk, met schattingen die variëren van een paar tot twintig keer de massa van de aarde. Ten tweede zijn deze objecten erg ver weg van onze zon, wat betekent dat ze niet veel licht reflecteren of een sterke thermische emissie hebben.
Om deze reden adviseerden Baxter en zijn team het gebruik van kaarten van de lucht op de millimeter- en submillimetergolflengten om te zoeken naar tekenen van Oortwolken rond andere sterren. Dergelijke kaarten bestaan al, dankzij missies als de Planck telescoop die de Kosmische Magnetron Achtergrond (CMB) in kaart heeft gebracht. Zoals Baxter aangaf:
“In ons artikel gebruiken we kaarten van de lucht op 545 GHz en 857 GHz die zijn gegenereerd op basis van waarnemingen door de Planck-satelliet. Planck was zo ongeveer * alleen * ontworpen om de CMB in kaart te brengen; het feit dat we deze telescoop kunnen gebruiken om exo-Oort-wolken en mogelijk processen die verband houden met planeetvorming te bestuderen, is best verrassend! ”
Dit is een nogal revolutionair idee, aangezien de detectie van EXOC's geen onderdeel was van het beoogde doel van de Planck missie. Door de CMB in kaart te brengen, wat 'overblijfselenstraling' is die overblijft na de oerknal, hebben astronomen geprobeerd meer te leren over hoe het heelal is geëvolueerd sinds het vroege heelal - circa. 378.000 jaar na de oerknal. Hun studie bouwt echter voort op eerder werk onder leiding van Alan Stern (de hoofdonderzoeker van de Nieuwe horizonten missie).
In 1991 voerde Stern samen met John Stocke (van de Universiteit van Colorado, Boulder) en Paul Weissmann (van NASA's Jet Propulsion Laboratory) een studie uit met de titel "Een IRAS-zoektocht naar extra-zonne-Oortwolken". In deze studie stelden ze voor om gegevens van de Infrared Astronomical Satellite (IRAS) te gebruiken om naar EXOC's te zoeken. Maar terwijl deze studie zich concentreerde op bepaalde golflengten en zeventien stersystemen, vertrouwden Baxter en zijn team op gegevens voor tienduizenden systemen en op een breder scala aan golflengten.
Andere huidige en toekomstige telescopen waarvan Baxter en zijn team van mening zijn dat ze in dit opzicht nuttig zouden kunnen zijn, zijn de Zuidpooltelescoop, die zich op het zuidpoolstation Amundsen-Scott op Antarctica bevindt; de Atacama-kosmologietelescoop en het Simons-observatorium in Chili; de ballon-gedragen groot diafragma submillimeter telescoop (BLAST) op Antarctica; de Green Bank Telescope in West Virgina en anderen.
'Bovendien is de Gaia satelliet heeft onlangs zeer nauwkeurig de posities en afstanden van sterren in ons sterrenstelsel in kaart gebracht, ”voegde Baxter toe. “Dit maakt het kiezen van doelen voor exo-Oort cloud-zoekopdrachten relatief eenvoudig. We gebruikten een combinatie van Gaia en Planck gegevens in onze analyse. "
Om hun theorie te testen, hebben Baxter en zijn team een reeks modellen gemaakt voor de thermische emissie van exo-Oortwolken. "Deze modellen suggereerden dat het detecteren van exo-Oort-wolken rond nabije sterren (of in ieder geval grenzen stellen aan hun eigenschappen) haalbaar was gezien de bestaande telescopen en waarnemingen," zei hij. “In het bijzonder suggereerden de modellen dat gegevens uit de Planck satelliet kan mogelijk in de buurt komen van het detecteren van een exo-Oort-wolk zoals die van ons rond een nabijgelegen ster. "
Bovendien ontdekten Baxter en zijn team ook een hint van een signaal rond enkele van de sterren die ze in hun onderzoek overwogen, met name in de Vega- en Formalhaut-systemen. Met behulp van deze gegevens konden ze beperkingen stellen aan het mogelijke bestaan van EXOC's op een afstand van 10.000 tot 100.000 AU's van deze sterren, die ongeveer samenvalt met de afstand tussen onze zon en de Oort-wolk.
Er zijn echter aanvullende onderzoeken nodig voordat het bestaan van EXOC's kan worden bevestigd. Deze onderzoeken zullen waarschijnlijk betrekking hebben op de James Webb Space Telescope, die gepland staat voor lancering in 2021. Ondertussen heeft deze studie een aantal vrij belangrijke implicaties voor astronomen, en niet alleen omdat het gaat om het gebruik van bestaande CMB-kaarten voor extra-zonnestudies. Zoals Baxter het uitdrukte:
"Alleen het detecteren van een exo-Oort-cloud zou echt interessant zijn, aangezien we, zoals ik hierboven al zei, geen direct bewijs hebben voor het bestaan van onze eigen Oort-cloud. Als je een exo-Oort-wolk zou detecteren, zou dit in principe inzicht kunnen geven in processen die verband houden met planeetvorming en de evolutie van protoplanetaire schijven. Stel je bijvoorbeeld voor dat we alleen exo-Oort-wolken rond sterren met gigantische planeten hebben gedetecteerd. Dat zou behoorlijk overtuigend bewijs zijn dat de vorming van een Oort-wolk is verbonden met gigantische planeten, zoals wordt gesuggereerd door populaire theorieën over de vorming van onze eigen Oort-wolk. ”
Naarmate onze kennis van het heelal groeit, raken wetenschappers steeds meer geïnteresseerd in wat ons zonnestelsel gemeen heeft met andere sterrenstelsels. Dit helpt ons op zijn beurt om meer te leren over de vorming en evolutie van ons eigen systeem. Het geeft ook mogelijke hints over hoe het universum in de loop van de tijd veranderde, en misschien zelfs waar het leven ooit zou kunnen worden gevonden.
