Decennia lang was de meest algemeen aanvaarde kijk op hoe ons zonnestelsel is gevormd de nevelhypothese. Volgens deze theorie zijn de zon, de planeten en alle andere objecten in het zonnestelsel miljarden jaren geleden gevormd uit vaag materiaal. Dit stof onderging een zwaartekracht in het midden en vormde onze zon, terwijl de rest van het materiaal een circumstellaire puinring vormde die samensmolt tot de planeten.
Dankzij de ontwikkeling van moderne telescopen hebben astronomen andere sterrenstelsels kunnen onderzoeken om deze hypothese te testen. Helaas hebben astronomen in de meeste gevallen alleen puinringen rond sterren kunnen waarnemen met hints van planeten in formatie. Pas onlangs kon een team van Europese astronomen een afbeelding van een pasgeboren planeet vastleggen, waarmee werd aangetoond dat puinringen inderdaad de geboorteplaats van planeten zijn.
Het onderzoek van het team verscheen in twee artikelen die onlangs zijn gepubliceerd in Astronomie & Astrofysica, getiteld "Ontdekking van een metgezel van een planetaire massa in de opening van de overgangsschijf rond PDS 70" en "Orbitale en atmosferische karakterisering van de planeet binnen de opening van de overgangsschijf PDS 70". Het team achter beide onderzoeken bestond uit leden van het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) en uit meerdere observatoria en universiteiten.
Omwille van hun studies selecteerden de teams PDS 70b, een planeet die werd ontdekt op een afstand van 22 Astronomical Units (AUs) van de gastster en waarvan werd aangenomen dat het een nieuw gevormd lichaam was. In de eerste studie - die werd geleid door Miriam Keppler van het Max Planck Institute for Astronomy - gaf het team aan hoe ze de protoplanetaire schijf rond de ster PDS 70 bestudeerden.
PDS 70 is een T Tauri-ster met een lage massa, gelegen in het sterrenbeeld Centaurus, ongeveer 370 lichtjaar van de aarde. Deze studie werd uitgevoerd met behulp van archiefbeelden in de nabij-infraroodband genomen door het Spectro-Polarimetric Exoplanet REsearch-instrument met hoog contrast (SPHERE) op de ESO's Very Large Telescope (VLT) en de Near-Infrared Coronagraphic Imager op de Gemini South Telescope .
Met behulp van deze instrumenten maakte het team de eerste robuuste detectie van een jonge planeet (PDS 70b) die in een opening in de protoplanetaire schijf van zijn ster cirkelde en ongeveer drie miljard km (1,86 miljard mijl) verwijderd was van zijn centrale ster - ongeveer dezelfde afstand tussen Uranus en de zon. In de tweede studie, geleid door Andre Muller (ook van de MPIA), beschrijft het team hoe ze het SPHERE-instrument gebruikten om de helderheid van de planeet op verschillende golflengten te meten.
Hieruit konden ze vaststellen dat PDS 70b een gasreus is met ongeveer negen Jupiter-massa's en een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 1000 ° C (1832 ° F), waardoor het een bijzonder "Hot Super-Jupiter" is. De planeet moet jonger zijn dan haar ster, en groeit waarschijnlijk nog steeds. De gegevens gaven ook aan dat de planeet is omgeven door wolken die de straling veranderen die wordt uitgezonden door de planetaire kern en zijn atmosfeer.
Dankzij de geavanceerde instrumenten die werden gebruikt, kon het team ook een beeld van de planeet en haar systeem verwerven. Zoals je kunt zien aan de afbeelding (bovenaan geplaatst) en de video hieronder, is de planeet zichtbaar als een helder punt rechts van het zwart gemaakte midden van de afbeelding. Dit donkere gebied is te wijten aan een corongraph, die het licht van de ster blokkeert, zodat het team de veel zwakkere metgezel kon detecteren.
Zoals Miriam Keppler, een postdoctorale student aan de MPIA, uitlegde in een recent persbericht van ESO:
“Deze schijven rond jonge sterren zijn de geboorteplaatsen van planeten, maar tot nu toe hebben slechts een handvol waarnemingen hints van babyplaneten erin ontdekt. Het probleem is dat tot nu toe de meeste van deze planeetkandidaten gewoon functies op de schijf hadden kunnen zijn. ”
Naast het spotten van de jonge planeet, merkten de onderzoeksteams ook op dat het de protoplanetaire schijf in een baan om de ster heeft gevormd. In wezen heeft de baan van de planeet een gigantisch gat in het midden van de schijf getraceerd nadat er materiaal uit was verzameld. Dit betekent dat PDS 70 b zich nog steeds in de buurt van zijn geboorteplaats bevindt, waarschijnlijk nog steeds materiaal verzamelt en zal blijven groeien en veranderen.
Al tientallen jaren zijn astronomen op de hoogte van deze hiaten in de protoplanetaire schijf en speculeerden ze dat ze door een planeet waren geproduceerd. Nu hebben ze eindelijk het bewijs om deze theorie te ondersteunen. Zoals André Müller uitlegde:
“De resultaten van Keppler geven ons een nieuw venster op de complexe en slecht begrepen vroege stadia van planetaire evolutie. We moesten een planeet in de schijf van een jonge ster observeren om de processen achter planeetvorming echt te begrijpen.“
Deze studies zijn een zegen voor astronomen, vooral als het gaat om theoretische modellen van planeetvorming en evolutie. Door de atmosferische en fysische eigenschappen van de planeet te bepalen, hebben de astronomen belangrijke aspecten van de nevelhypothese kunnen testen. De ontdekking van deze jonge, met stof beklede planeet zou niet zijn geweest, zo niet vanwege de mogelijkheden van ESO's SPHERE-instrument.
Dit instrument bestudeert exoplaneten en schijven rond nabije sterren met behulp van een techniek die bekend staat als contrastrijke beeldvorming, maar vertrouwt ook op geavanceerde strategieën en gegevensverwerkingstechnieken. Naast het blokkeren van het licht van een ster met een coronagraaf, kan SPHERE de signalen van zwakke planetaire metgezellen rond heldere jonge sterren op meerdere golflengten en tijdperken filteren.
Zoals Prof. Thomas Henning - de directeur van MPIA, de Duitse mede-onderzoeker van het SPHERE-instrument en een senior auteur van de twee studies - verklaarde in een recent MPIA-persbericht:
“Na tien jaar nieuwe krachtige astronomische instrumenten zoals SPHERE te hebben ontwikkeld, laat deze ontdekking ons zien dat we eindelijk in staat zijn om planeten te vinden en te bestuderen op het moment van hun vorming. Dat is de vervulling van een lang gekoesterde droom. '
Toekomstige waarnemingen van dit systeem zullen astronomen ook in staat stellen andere aspecten van planeetvormingsmodellen te testen en meer te weten te komen over de vroege geschiedenis van planetaire systemen. Deze gegevens zullen ook een grote bijdrage leveren aan het bepalen hoe ons eigen zonnestelsel tijdens zijn vroege geschiedenis is gevormd en geëvolueerd.
