Een Japans team van astronomen heeft een sterke correlatie gemeld tussen de metalliteit van stoffige protoplanetaire schijven en hun lange levensduur. Op basis van deze bevinding stellen ze voor dat sterren met een lage metalliciteit veel minder kans hebben op planeten, waaronder gasreuzen, vanwege de kortere levensduur van hun protoplanetaire schijven.
Zoals u waarschijnlijk weet, is ‘metaal’ astronomisch: spreek voor iets dat hoger in het periodiek systeem staat dan waterstof en helium. De Melkweg heeft een metalliciteitsgradiënt - waar de metalliciteit duidelijk afneemt naarmate je verder weg gaat. In het uiterste buitenste sterrenstelsel, ongeveer 18 kiloparsecs buiten het centrum, is de metalliciteit van sterren slechts 10% van die van de zon (dat is ongeveer 8 kiloparsecs - of ongeveer 25.000 lichtjaar - buiten het centrum).
Deze studie vergeleek jonge sterclusters in stellaire kraamkamers met een relatief hoge metalliciteit (zoals de Orion-nevel) met verder weg gelegen clusters in het buitenste sterrenstelsel in kwekerijen met lage metalliciteit (zoals Digel Cloud 2).
De conclusies van de studie zijn gebaseerd op de aanname dat de stralingsoutput van sterren met dichte protoplanetaire schijven een overmaat aan nabije en midden-infrarode golflengten zal hebben. Dit komt grotendeels doordat de ster zijn omringende protoplanetaire schijf verwarmt, waardoor de schijf infrarood straalt.
Het onderzoeksteam gebruikte de 8,2 meter lange Subaru-telescoop en een procedure genaamd JHK-fotometrie om een maateenheid te identificeren die ze ‘schijffractie’ noemden, die de dichtheid van de protoplanetaire schijf voorstelt (bepaald door de overmaat aan infraroodstraling). Ze gebruikten ook een andere gevestigde maatstaf voor massa-helderheid om de leeftijd van de clusters te bepalen.
Het grafisch ouder worden van schijffracties voor populaties van met zon equivalente metalliteitssterren versus populaties met metallische sterren in het buitenste sterrenstelsel suggereert dat de protoplanetaire schijven van die lage metalliciteitsterren veel sneller verspreiden.
De auteurs suggereren dat het proces van foto-verdamping ten grondslag kan liggen aan de kortere levensduur van schijven met een laag metaalgehalte - waarbij de impact van fotonen voldoende is om waterstof en helium met een lage atomaire massa snel te verspreiden, terwijl de aanwezigheid van metalen met een hoger atoomgewicht die fotonen kan afbuigen en daardoor in stand kan houden een protoplanetaire schijf over een langere periode.
Zoals de auteurs opmerken, vermindert de lagere levensduur van schijven met een lage metalliciteit de kans op planeetvorming. Hoewel de auteurs veel meer speculatie vermijden, lijken de implicaties van deze relatie te zijn dat we, naast de verwachting dat ze minder planeten rond sterren naar de buitenrand van de melkweg zullen vinden, ook kunnen verwachten dat ze minder planeten zullen vinden rond een oude populatie II-sterren die zich ook zouden hebben gevormd in omgevingen met een lage metalliciteit.
Deze bevindingen suggereren inderdaad dat planeten, zelfs gasreuzen, in het vroege heelal mogelijk buitengewoon zeldzaam waren - en pas later in de evolutie van het heelal gemeengoed zijn geworden - nadat stellaire nucleosyntheseprocessen de kosmos voldoende met metalen hadden bezaaid.
Verder lezen: Yasui, C., Kobayashi, N., Tokunaga, A., Saito, M. en Tokoku, C.
Korte levensduur van protoplanetaire schijven in omgevingen met een lage metalliciteit
