Nieuwe beelden van een relatief nabije protoplanetaire schijf, gemaakt door de Subaru-telescoop op Mauna Kea, laten vreemde banaanvormige bogen zien die de centrale kern omringen. De meest waarschijnlijke verklaring voor deze bogen is dat er een ander object rond de ster draait; ofwel een metgezelster of een grote planeet, en de gravitatie-interactie van deze metgezel vervormt de schijf van materiaal. De protoplanetaire schijf, bekend als HT142527, is 650 lichtjaar verwijderd van de aarde.
Een nauwkeurige blik op de protoplanetaire schijf rond een jonge ster door twee teams van astronomen die de Subaru-telescoop op Mauna Kea gebruikten, heeft geleid tot de onverwachte ontdekking van twee banaanvormige bogen die tegenover elkaar staan. De schijf die de ster HD142527 omgeeft, vertoont ook een opening die de tumultueuze geboorteplaats van een planeet zou kunnen zijn, en een verlengde boog die zou kunnen ontstaan tijdens een recente ontmoeting met een stellaire buurman. Deze ontdekking voegt nog meer variatie toe aan de verbijsterende diversiteit van protoplanetaire schijfvormen - variërend van donuts tot spiralen - die astronomen ontdekken terwijl ze de geboortegrond van planeten rond andere sterren bestuderen.
De astronomen gebruikten twee verschillende instrumenten op Subaru om de schijf rond HD 142527 te observeren. Een team van Nagoya University, de National Astronomical Observatory of Japan / Graduate University for Advanced Studies (NAOJ / Sokendai) en Kobe University observeerden de protoplanetaire schijf met behulp van de Coronagraphic Imager met Adaptive Optics (CIAO) in het nabij-infrarood op 1,65 en 2,2 micron met een resolutie van 0,13 boogseconden. Hierdoor kon het team details van de schijf zien op een schaal die vergelijkbaar is met de baan van Uranus en Neptunus in ons eigen zonnestelsel. Adaptieve optische technologie minimaliseerde het effect van de atmosfeer van de aarde om de beeldkwaliteit te verbeteren. Coronagraphy, die de centrale ster verborg om zwakker materiaal eromheen gemakkelijker te detecteren, droeg ook bij tot de succesvolle waarnemingen.
Een andere reeks observaties van onderzoekers van de Universiteit van Tokio, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), NAOJ / Sokendai en Ibaraki University richtte zich op de protoplanetaire schijf in midden-infrarode golflengten van 18,8 en 24,5 micron met Subaru's Cooled Mid-Infrared Camera en Spectrograph (COMICS). De afbeeldingen, met ruimtelijke resoluties van 0,5 boogseconden en 0,6 boogseconden, tonen straling uitgezonden door de schijf tot meer dan 100 astronomische eenheden, of driemaal de afstand tussen Neptunus en de zon. Het is voor het eerst dat op zo'n afstand een protoplanetaire schijf in het midden-infrarood wordt gedetecteerd.
De midden-infraroodwaarnemingen strekken zich ook dichter naar de ster uit en onthullen een duidelijke opening tussen twee afzonderlijke structuren: een compact disc met ongeveer 80 astronomische eenheden in straal en een verlengde schijf die de bananensplitvorm weerspiegelt die wordt gezien in de bijna-infraroodwaarnemingen en reikt tot een straal van 170 astronomische eenheden. Voor zowel de nabij-infrarood- als midden-infraroodbeelden is het verschil in helderheid aan weerszijden van de verlengde schijf te wijten aan de kanteling van de schijf. De kant verder van ons is zwakker in het nabij-infrarood. In het midden-infrarood is het helderder.
De midden-infraroodwaarnemingen toonden ook zowel de grootte van stofkorrels in de schijf als hun temperatuur. Aan de hand van deze informatie kon het team vaststellen dat stofdeeltjes in de schijf groter worden dan gebruikelijk is voor het stof tussen sterren.
Voordat astronomen deze gedetailleerde beelden verkregen, verwachtten ze gladde schijven rond jonge sterren te vinden. Toch hebben recente waarnemingen van schijven rond de sterren GG Tauri en AB Aurigae het beeld veranderd. GG Tauri heeft een donutvormige schijf en de schijf rond AB Aurigae is duidelijk spiraalvormig. De 'bananensplit'-constructie van HD142527 lijkt nu een variatie te zijn op het thema van diverse protoplanetaire schijven.
De meest waarschijnlijke verklaring voor de "bananensplit" -vorm van HD 142527 is de aanwezigheid van een ander object dat in een baan om de ster draait, een veel zwakkere begeleidende ster of mogelijk een planeet. De verlengde boog is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de zwaartekrachtsleep van een passerende ster ergens in de afgelopen duizend jaar. Omdat astronomen verwachten dat de meeste sterren samen met andere sterren in groepen worden geboren, kunnen veel kenmerken van de nieuw in kaart gebrachte schijf van HD142427 veel voorkomen bij andere sterren die met metgezellen zijn geboren.
De nieuwe afbeeldingen zijn de eerste afbeeldingen van de protoplanetaire schijf van HD142527 die ooit zijn verkregen, en behoren tot de weinige voorbeelden van succesvolle directe beeldvorming van een protoplanetaire schijf vanaf een op de aarde gebaseerde telescoop. HD142527 ligt slechts ongeveer 650 lichtjaar van de aarde, maar ondanks de nabijheid van deze ster maakt turbulentie in de atmosfeer van onze eigen planeet het duidelijk maken van haar zwakke protoplanetaire schijf uiterst moeilijk om
krijgen. De succesvolle waarnemingen die tot deze resultaten leidden, waren afhankelijk van de grootte, stabiliteit en locatie van de Subaru-telescoop en zijn instrumenten, samen met het gebruik van de adaptieve optica en coronagraaf-technologie.
Protoplanetaire schijven en de voordelen van infraroodwaarnemingen
Om te begrijpen hoe planeten zich vormen, is het belangrijk om te leren over protoplanetaire schijven. Deze opeenhopingen van gas en stof omringen jonge sterren en zijn de geboorteplaats voor planeten. Als een ster wordt geboren en groeit, vormt de schijf uit hetzelfde materiaal als het stergas met een kleine stofcomponent.
Na verloop van tijd hoopt het stof in protoplanetaire schijven zich op tot grotere objecten, die uiteindelijk protoplaneten creëren. Deze botsen tegen elkaar om planeten te vormen. Onlangs hebben astronomen sterren onderzocht die ongeveer een miljoen jaar oud zijn om de stoffige omgevingen te begrijpen waarin planeten ontstaan. Infraroodwaarnemingen zijn bijzonder krachtige hulpmiddelen om de gedetailleerde structuren rond dergelijke sterren te helpen karakteriseren.
Protoplanetaire schijven zenden licht uit in vele golflengten, waaronder zichtbare, infrarode en millimetergolflengten. Infraroodgolflengten bevatten informatie over de structuur, temperatuur en andere fysische eigenschappen van de schijf en zijn stofdeeltjes. Maar zelfs met infraroodwaarnemingen zijn er nog steeds uitdagingen bij het waarnemen ervan. Protoplanetaire schijven zijn zwak vergeleken met de sterren die ze omringen, dus het kan moeilijk zijn om er afbeeldingen van te maken.
Protoplanetaire schijven reflecteren nabij-infrarood licht van de centrale ster. Met behulp van adaptieve optica-technologie kunnen nabij-infraroodwaarnemingen de gedetailleerde structuur van de schijf met hoge resolutie onthullen. Omdat het licht echter niet rechtstreeks van de schijf afkomstig is, bevat het geen informatie over de temperatuur en dichtheid van de schijf.
Bij langere midden-infrarode golflengten neemt de resolutie af, maar kan door de schijf zelf uitgezonden licht worden waargenomen om informatie over de schijftemperatuur te krijgen. Omdat de centrale ster ook zwakker is bij langere golflengten, is het gemakkelijker om gebieden dichter bij de ster te bestuderen bij midden-infrarode golflengten. Het combineren van waarnemingen bij zowel nabije als midden-infrarode golflengten geeft een uitgebreider beeld van protoplanetaire schijven.
Deze resultaten zijn gepubliceerd in de edities van 10 januari 2006 en 20 juni 2006 van het Astrophysical Journal. (ApJ 636: L153 en ApJ 644: L133)
Dit onderzoek kreeg steun van het Japanse Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie Onderzoeksfondsen voor specifieke onderzoeksgebieden voor "De ontwikkeling van extra-zonne-planeetonderzoek".
Oorspronkelijke bron: Subaru News Release
