Een team van astronomen heeft het eerste directe bewijs gevonden dat groepjes sterren hun planeet-vormende schijf aan flarden kunnen scheuren. Het resultaat is een kromgetrokken schijf met gekantelde ringen. Dit nieuwe onderzoek wijst erop dat zich in de gekantelde ringen rond meervoudige sterren exotische planeten, vergelijkbaar met Tatooine in de Star Wars-films, kunnen vormen.
De resultaten zijn gebaseerd op waarnemingen met de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) en de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ons zonnestelsel is opmerkelijk plat: alle planeten cirkelen in hetzelfde vlak om de zon. Maar dat is niet altijd zo – zeker niet bij de planeet-vormende schijven rond meervoudige sterren, zoals het object dat bij dit nieuwe onderzoek is bekeken: GW Orionis. Dit stelsel, op een afstand van iets meer dan 1300 lichtjaar in het sterrenbeeld Orion, bestaat uit drie sterren die omringd zijn door een vervormde, stuk getrokken schijf.
‘Onze beelden tonen een extreem geval waarbij de schijf niet plat is, maar kromgetrokken, en een ring vertoont die zich uit de schijf heeft losgemaakt,’ zegt Stefan Kraus, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Exeter (VK), die de leiding had over het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in het tijdschrift Science zijn verschenen. De gekantelde ring bevindt zich in het binnenste deel van de schijf, nabij de drie sterren. Uit het nieuwe onderzoek blijkt ook dat deze binnenste ring 30 aardmassa’s aan stof bevat, wat voldoende zou kunnen zijn voor de vorming van planeten. ‘Planeten die binnen zo’n gekantelde ring ontstaan zullen in sterk gehelde banen om de ster draaien, en we voorspellen dan ook dat bij toekomstige zoekacties naar planeten, bijvoorbeeld met de ELT, tal van planeten in wijde, gekantelde banen ontdekt zullen worden’, zegt teamlid Alexander Kreplin van de Universiteit van Exeter, die daarbij doelt op ESO’s Extremely Large Telescope, die volgens plan later dit decennium in bedrijf zal komen. Omdat meer dan de helft van alle sterren aan de hemel met één of meer begeleiders geboren zijn, zou dit weleens kunnen betekenen dat er een nog onbekende populatie van exoplaneten bestaat die in sterk gekantelde banen en op ruime afstanden om hun ster cirkelen.
Om tot deze conclusies te komen, heeft het team GW Orionis vanaf 2008 regelmatig waargenomen. Daarbij maakten de astronomen gebruik van eerst het AMBER- en later het GRAVITY-instrument van ESO’s VLT Interferometer in Chili, die het licht van verschillende VLT-telescopen combineert, om de zwaartekrachtsdans van de drie sterren in het systeem te onderzoeken en hun omloopbanen in kaart te brengen. ‘We hebben vastgesteld dat de drie sterren niet in hetzelfde vlak bewegen: hun banen zijn gekanteld ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de schijf’, zegt teamlid Alison Young van de Universiteiten van Exeter en Leicester. De astronomen hebben het stelsel ook waargenomen met het SPHERE-instrument van ESO’s VLT en met ALMA, waar ESO partner in is. Daarmee is het gelukt om een opname te maken die bevestigt dat de binnenste ring gekanteld is. Met ESO’s SPHERE konden ze voor het eerst ook de schaduw zien die deze ring over de rest van de schijf werpt. Op die manier konden ze de driedimensionale vorm van de ring en de allesomvattende schijf reconstrueren.
Vervolgens combineerde het internationale onderzoeksteam, met leden uit het VK, België, Chili, Frankrijk en de VS, hun vele waarnemingen met computersimulaties, om te kunnen begrijpen wat er met het stelsel van GW Orionis is gebeurd. Daarbij zijn ze er voor het eerst in geslaagd om een duidelijk verband te leggen tussen de waargenomen kantelingen en het theoretische ‘schijf-verscheuringseffect’, dat suggereert dat de onderling concurrerende zwaartekrachtsaantrekkingen van sterren in verschillende vlakken ertoe kan leiden dat hun schijven vervormd raken en kapotgaan. De computersimulaties hebben laten zien dat de verschillende oriëntaties van de banen van de drie sterren ertoe kunnen leiden dat de hen omringende schijf in afzonderlijke ringen uiteenvalt – precies wat de waarnemingen laten zien. De waargenomen vorm van de binnenste ring komt ook overeen met wat numerieke simulaties voorspellen.
Interessant is ook dat een ander onderzoeksteam dat hetzelfde stelsel met ALMA heeft onderzocht denkt dat er nóg een ingrediënt nodig is om het stelsel te kunnen begrijpen. ‘Wij denken dat het uiteenvallen van de schijf alleen verklaarbaar is, als zich een planeet tussen deze ringen bevindt,’ zegt Jiaqing Bi van de Universiteit van Victoria in Canada, die leiding gaf aan een onderzoek van GW Orionis waarvan de resultaten in mei van dit jaar in The Astrophysical Journal Letters zijn gepubliceerd. Zijn team ontdekte drie stofringen in de ALMA-waarnemingen, waarvan de buitenste de grootste is die ooit in een planeet-vormende schijf is waargenomen. Toekomstige waarnemingen met ESO’s ELT en andere telescopen kunnen astronomen helpen de aard van GW Orionis volledig te ontrafelen en jonge planeten rond zijn drie sterren te ontdekken.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing’, dat in Science verschijnt.
Het onderzoek van Stefan Kraus (University of Exeter, School of Physics & Astronomy, VK [Exeter]) Alexander Kreplin (Exeter), Alison K. Young (Exeter and School of Physics and Astronomy, University of Leicester, VK), Matthew R. Bate (Exeter), John D. Monnier (University of Michigan, VS [Michigan]), Tim J. Harries (Exeter), Henning Avenhaus (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland), Jacques Kluska (Exeter en Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven, [KU Leuven]), Anna S.E. Laws (Exeter), Evan A. Rich (Michigan), Matthew Willson (Exeter en Georgia State University, VS), Alicia N. Aarnio (University of North Carolina Greensboro, VS), Fred C. Adams (Michigan), Sean M. Andrews (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, VS [CfA]), Narsireddy Anugu (Exeter, Michigan and Steward Observatory, University of Arizona, VS), Jaehan Bae (Michigan and Carnegie Institution for Science, Washington, VS), Theo ten Brummelaar (The CHARA Array of Georgia State University, California, VS), Nuria Calvet (Michigan), Michel Cure (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaiso, Chili), Claire L. Davies (Exeter), Jacob Ennis (Michigan), Catherine Espaillat (Michigan en Boston University, VS), Tyler Gardner (Michigan), Lee Hartmann (Michigan), Sasha Hinkley (Exeter), Aaron Labdon (Exeter), Cyprien Lanthermann (KU Leuven), Jean-Baptiste LeBouquin (Michigan en Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Frankrijk), Gail H. Schaefer (CHARA), Benjamin R. Setterholm (Michigan), David Wilner (CfA) en Zhaohuan Zhu (University of Nevada, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. Ook op Paranal zal ESO onderkomen bieden aan en het beheer voeren over de Cherenkov Telescope Array South, ’s werelds grootste en meest gevoelige observatorium van gammastraling. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science Council of Taiwan (NSC), en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
