Astronomen zijn begrijpelijkerwijs gefascineerd door het Epsilon Eridani-systeem. Ten eerste staat dit sterrenstelsel dicht bij het onze, op een afstand van ongeveer 10,5 lichtjaar van het zonnestelsel. Ten tweede is het al enige tijd bekend dat het twee asteroïdengordels en een grote puinschijf bevat. En ten derde vermoeden astronomen al jaren dat deze ster mogelijk ook een planetenstelsel heeft.
Bovendien heeft een nieuwe studie door een team van astronomen aangetoond dat Epsilon Eridani misschien is hoe ons eigen zonnestelsel er in zijn jonge jaren uitzag. Zich baserend op NASA's Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) -vliegtuigen, voerde het team een gedetailleerde analyse van het systeem uit waaruit bleek hoe het een architectuur heeft die opmerkelijk veel lijkt op hoe astronoom denkt dat het zonnestelsel er ooit uitzag.
Geleid door Kate Su - een geassocieerd astronoom bij het Steward Observatory aan de Universiteit van Arizona - bestaat het team uit onderzoekers en astronomen van de afdeling Physics & Astronomy van Iowa State University, het Astrophysical Institute en University Observatory van de University of Jena (Duitsland) , en NASA's Jet Propulsion Laboratory en Ames Research Center.
Omwille van hun studie - waarvan de resultaten in The Astronomical Journal onder de titel “The Inner 25 AU Debris Distribution in the Epsilon Eri System” - vertrouwde het team op gegevens verkregen door een vlucht van SOFIA in januari 2015. Gecombineerd met gedetailleerde computermodellering en jarenlang onderzoek konden ze nieuwe bepalingen over de structuur van de puinschijf.
Zoals eerder opgemerkt, gaven eerdere studies van Epsilon Eridani aan dat het systeem is omgeven door ringen die zijn gemaakt van materialen die in feite overblijfselen zijn van het proces van planetaire vorming. Dergelijke ringen bestaan uit gas en stof en er wordt aangenomen dat ze ook veel kleine rotsachtige en ijzige lichamen bevatten - zoals de eigen Kuipergordel van het zonnestelsel, die onze zon voorbij Neptunus draait.
Zorgvuldige metingen van de beweging van de schijf hebben ook aangetoond dat een planeet met bijna dezelfde massa als Jupiter de ster omcirkelt op een afstand die vergelijkbaar is met de afstand van Jupiter tot de zon. Op basis van eerdere gegevens die waren verkregen door de Spitzer-ruimtetelescoop van NASA, konden wetenschappers de positie van warm materiaal binnen de schijf - namelijk stof en gas - niet bepalen, wat aanleiding gaf tot twee modellen.
In één is warm materiaal geconcentreerd in twee smalle ringen van puin die om de ster cirkelen op afstanden die respectievelijk overeenkomen met de Main Asteroid Belt en Uranus in ons zonnestelsel. Volgens dit model zou de grootste planeet in het systeem waarschijnlijk worden geassocieerd met een aangrenzende puinband. Aan de andere kant bevindt warm materiaal zich in een brede schijf, is het niet geconcentreerd in asteroïde riemachtige ringen en wordt het niet geassocieerd met planeten in het binnengebied.
Met behulp van de nieuwe SOFIA-afbeeldingen konden Su en haar team vaststellen dat het warme materiaal rond Epsilon Eridani is gerangschikt zoals het eerste model suggereert. In wezen bevindt het zich in ten minste één smalle riem in plaats van in een brede continue schijf. Zoals Su uitlegde in een NASA-persbericht:
"Door de hoge ruimtelijke resolutie van SOFIA in combinatie met de unieke golflengtedekking en het indrukwekkende dynamische bereik van de FORCAST-camera konden we de warme emissie rond eps Eri oplossen, wat het model bevestigde dat het warme materiaal in de buurt van de baan van de planeet Jovia plaatste. Bovendien is een planetair massa-object nodig om het stof uit de buitenste zone te stoppen, vergelijkbaar met de rol van Neptunus in ons zonnestelsel. Het is echt indrukwekkend hoe eps Eri, een veel jongere versie van ons zonnestelsel, is samengesteld zoals de onze. ”
Deze waarnemingen werden mogelijk gemaakt dankzij de ingebouwde telescopen van SOFIA, die een grotere diameter hebben dan Spitzer - 2,5 meter (100 inch) vergeleken met Spitzer's 0,85 m (33,5 inch). Dit zorgde voor een veel grotere resolutie, die het team gebruikte om details binnen het Epsilon Eridani-systeem te onderscheiden die driemaal kleiner waren dan wat met de Spitzer-gegevens was waargenomen.
Daarnaast maakte het team gebruik van de krachtige mid-infraroodcamera van SOFIA - de Faint Object infraRed CAmera voor de SOFIA-telescoop (FORCAST). Met dit instrument kon het team de sterkste infraroodemissies van het warme materiaal rond de ster bestuderen, die anders niet waarneembaar zijn door op de grond gebaseerde observatoria - bij golflengten tussen 25-40 micron.
Deze waarnemingen geven verder aan dat het Epsilon Eridani-systeem veel op het onze lijkt, zij het in jongere vorm. Naast asteroïdengordels en een puinschijf die vergelijkbaar is met onze hoofdgordel en kuipergordel, lijkt het erop dat er waarschijnlijk meer planeten in de ruimtes tussen zitten. Als zodanig zou de studie van dit systeem astronomen kunnen helpen om dingen te leren over de geschiedenis van ons eigen zonnestelsel.
Massimo Marengo, een van de co-auteurs van de studie, is universitair hoofddocent bij de afdeling Fysica en Astronomie van de Iowa State University. Zoals hij uitlegde in een persbericht van de University of Iowa:
“Deze ster herbergt een planetair systeem dat momenteel dezelfde catastrofale processen ondergaat die het zonnestelsel in zijn jeugd overkwam, op het moment dat de maan het grootste deel van zijn kraters won, de aarde het water in zijn oceanen verwierf en de omstandigheden die gunstig zijn voor leven op onze planeet waren ingesteld. "
Op dit moment zullen er meer studies moeten worden uitgevoerd naar dit naburige sterrenstelsel om meer te weten te komen over de structuur ervan en het bestaan van meer planeten te bevestigen. En de verwachting is dat de inzet van instrumenten van de volgende generatie, zoals de James Webb-ruimtetelescoop, gepland voor lancering in oktober 2018, in dat opzicht buitengewoon nuttig zal zijn.
"De prijs aan het einde van deze weg is om de ware structuur van Epsilon Eridani's buitenaardse schijf te begrijpen, en de interacties met het cohort van planeten dat waarschijnlijk zijn systeem bewoont", schreef Marengo in een nieuwsbrief over het project. "SOFIA, door zijn unieke vermogen om infrarood licht vast te leggen in de droge stratosferische lucht, is het dichtst bij een tijdmachine en onthult een glimp van het oude verleden van de aarde door het heden van een nabijgelegen jonge zon te observeren."
