Voor het eerst hebben astronomen met behulp van ALMA een lint van gas en stof gedetecteerd tussen een omvangrijke buitenschijf en de binnenste regionen van een dubbelstersysteem. Deze structuur zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de instandhouding van een tweede, kleinere schijf van planeetvormend materiaal, die anders allang geleden verdwenen zou zijn.
Omdat de helft van alle zonachtige sterren in dubbelstersystemen wordt geboren, heeft deze ontdekking grote gevolgen voor de jacht op exoplaneten. De resultaten worden op 30 oktober 2014 gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Een onderzoeksteam onder leiding van Anne Dutrey van het Laboratorium voor Astrofysica van Bordeaux, Frankrijk en CNRS heeft de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikt om de verdeling van stof en gas in het meervoudige stersysteem GG Tau-A [1] te onderzoeken. Dit object is pas een paar miljoen jaar oud en staat op een afstand van ongeveer 450 lichtjaar in het sterrenbeeld Taurus (Stier).
Het GG Tau-A-stelsel heeft twee schijven van gas en stof: een grote buitenschijf die het complete stelsel omringt en een kleinere schijf rond de centrale hoofdster. Deze binnenschijf heeft ongeveer net zoveel massa als de planeet Jupiter. Het bestaan ervan stelde astronomen voor een raadsel, omdat de schijf in zo’n hoog tempo materie overdraagt aan de centrale ster, dat hij allang leeg zou moeten zijn. Bij het onderzoek van deze structuren kwam het team tot de verrassende ontdekking dat zich in het gebied tussen de beide schijven concentraties van gas en stof bevinden. De nieuwe waarnemingen wijzen erop dat er materiaal wordt overgedragen van de buitenschijf naar de binnenschijf. De twee schijven zijn als het ware verbonden door een navelstreng [2].
‘Dat er materiaal door het tussengebied zou stromen was al voorspeld door computersimulaties, maar het was nog nooit waargenomen. De detectie van deze concentraties wijst erop dat er tussen de schijven materiaal beweegt, waardoor de ene schijf de andere kan voeden,’ legt Dutrey uit. ‘Deze waarnemingen tonen aan dat het materiaal uit de buitenschijf de binnenschijf nog lang in stand kan houden. Dat heeft grote gevolgen voor mogelijke planeetvorming.’ Planeten ontstaan uit het materiaal dat overblijft bij de geboorte van een ster. Dat is een traag proces, wat betekent dat planeetvorming een materieschijf vereist is die lang in stand blijft. Als de toevoer van materie naar de binnenschijf ook bij andere meervoudige sterren zo groot is als nu met ALMA is waargenomen, neemt het aantal potentiële locaties waar naar exoplaneten kan worden gezocht aanzienlijk toe.
De eerste fase van de zoektocht naar exoplaneten was gericht op enkelvoudige sterren zoals de zon [3]. Meer recent is aangetoond dat veel reuzenplaneten om dubbelsterren cirkelen. En nu onderzoeken astronomen de mogelijkheid of er ook planeten rond de afzonderlijke sterren van meervoudige systemen kunnen cirkelen. De nieuwe ontdekking ondersteunt het mogelijke bestaan van dergelijke planeten, waardoor er een nieuw jachtterrein ontstaat voor het exoplanetenonderzoek. Emmanuel Di Folco, mede-auteur van het onderzoeksartikel, concludeert: ‘Bijna de helft van de zonachtige sterren is geboren in dubbelstersystemen. Dit betekent dat we een mechanisme voor het gaande houden van planeetvorming hebben ontdekt dat van toepassing is op een groot aantal sterren in de Melkweg. Onze waarnemingen zijn een grote stap voorwaarts in het echt begrijpen van planeetvorming.’
Noten
[1] GG Tau-A maakt deel uit van een complex meervoudig systeem dat GG Tauri heet. Recente waarnemingen van GG Tau-A met behulp van de VLTI hebben aangetoond dat een van de sterren – GG Tau Ab, degene die niet door een schijf wordt omringd – zelf een compacte dubbelster is, bestaande uit GG Tau-Ab 1 en GG Tau-Ab2. Alles bij elkaar bestaat het GG Tau-systeem dus uit vijf componenten.
[2] Een eerder resultaat van ALMA toonde een voorbeeld van een enkelvoudige ster waarbij materiaal vanuit een buitenschijf naar binnen stroomt.
[3] Omdat de omloopbanen in dubbelsterren complexer en minder stabiel zijn, werd aangenomen dat de planeetvorming in zulke systemen moeilijker zou verlopen dan bij enkelvoudige sterren.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘Planet formation in the young, low-mass multiple stellar system GG Tau-A’ van A. Dutrey et al., dat in het tijdschrift Nature verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Anne Dutrey (Universiteit Bordeaux/CNRS, Frankrijk), Emmanuel Di Folco (Universiteit Bordeaux/CNRS), Stephane Guilloteau (Universiteit Bordeaux/CNRS), Yann Boehler (Universiteit van Mexico, Michoacan, Mexico), Jeff Bary (Colgate University, Hamilton, VS), Tracy Beck (Space Telescope Science Institute, Baltimore, VS), Hervé Beust (IPAG, Grenoble, Frankrijk), Edwige Chapillon (Universiteit Bordeaux/IRAM, Frankrijk), Fredéric Gueth (IRAM, Saint Martin d’Hères, Frankrijk), Jean-Marc Huré (Universiteit Bordeaux/CNRS), Arnaud Pierens (Universiteit Bordeaux/CNRS), Vincent Piétu (IRAM), Michal Simon (Stony Brook University, VS) en Ya-Wen Tang (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taipei, Taiwan).
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt in Europa gefinancierd door de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), in Noord-Amerika door de National Science Foundation (NSF) van de VS in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en in Oost-Azië door de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt 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).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
