Door de volledige kracht van de Very Large Telescope Interferometer te benutten, heeft een internationaal team van astronomen zodiakaal licht ontdekt in de buurt van de leefbare zones rond negen nabije sterren. Dit schijnsel bestaat uit sterlicht dat wordt weerkaatst door stof dat is ontstaan bij botsingen tussen planetoïden en door de verdamping van kometen. De aanwezigheid van zulke grote hoeveelheden stof in de naaste omgeving van sommige sterren zou het in beeld brengen van aarde-achtige planeten straks wel eens kunnen bemoeilijken.
Met de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) heeft een team van astronomen 92 nabije sterren in het nabij-infrarood onderzocht [1] op zodiakaal licht afkomstig van het warme stof in de buurt van hun leefbare zones, en de nieuwe gegevens gecombineerd met eerdere waarnemingen [2]. Bij negen van de onderzochte sterren werd inderdaad helder ‘exo-zodiakaal’ licht waargenomen, dat wordt veroorzaakt door warm, gloeiend exo-zodiakaal stof of door de weerkaatsing van sterlicht aan deze stofdeeltjes.
Vanaf donkere plekken op aarde vertoont het zodiakale licht zich na de avondschemering of vóór de ochtendschemering als een zwakke, diffuse witte gloed aan de hemel. Het schijnsel, dat lijkt uit te stralen vanuit te omgeving van de zon, wordt veroorzaakt door de weerkaatsing van zonlicht aan kleine deeltjes. Het weerkaatste licht is niet alleen vanaf de aarde te zien, maar is overal in het zonnestelsel waarneembaar. De gloed die bij dit nieuwe onderzoek is waargenomen is een veel extremere versie van ditzelfde verschijnsel. Hoewel dit exo-zodiakale licht – zodiakaal licht rond een andere ster dan onze zon – al eerder is waargenomen, is dit het eerste grote, systematische onderzoek van dit fenomeen. Anders dan bij eerdere onderzoeken heeft het team niet het stof waargenomen dat later tot planeten zal samenklonteren, maar stof dat ontstaat bij botsingen tussen planetesimalen – objecten met afmetingen van enkele kilometers die vergelijkbaar zijn met de planetoïden en kometen in het zonnestelsel. Zulk stof is ook de oorzaak van het zodiakale licht dat we vanaf de aarde waarnemen.
‘Als we de ontwikkeling van aarde-achtige planeten nabij de leefbare zone willen bestuderen, zullen we het zodiakale stof in dit gebied rond andere sterren moeten waarnemen,’ zegt Steve Ertel, hoofdauteur van het artikel, van ESO en van de Universiteit van Grenoble (Frankrijk). ‘De detectie en karakterisering van dit soort stof rond andere sterren is een manier om de bouw en evolutie van planetenstelsels te onderzoeken.’ De detectie van zwak stof in de buurt van een oogverblindende ster vereist een hoge resolutie en een hoog contrast. Nabij-infraroodinterferometrie – het combineren van licht dat met verschillende telescopen tegelijk wordt verzameld – is op dit moment de enige techniek die dit soort onderzoek mogelijk maakt. Door de mogelijkheden van de VLTI tot het uiterste te benutten, heeft het team in termen van nauwkeurigheid en rendement een prestatieniveau weten te bereiken dat ongeveer tien keer beter is dan dat van instrumenten elders ter wereld.
Voor elk van de sterren gebruikte het team de 1,8-meter Auxiliary Telescopes om licht naar de VLTI toe te voeren. Waar sterk exo-zodiakaal licht aanwezig was, lukte het de astronomen om de zwakke gloed van de uitgestrekte stofschijven te scheiden van het overheersende licht van de centrale ster [3]. Door de eigenschappen van de sterren die door een schijf van exo-zodiakaal stof zijn omgeven te analyseren, ontdekte het team dat oudere sterren het meeste stof vertonen. Dit resultaat is erg verrassend en roept vragen op over ons begrip van planetenstelsels. Voor zover bekend zou de stofproductie die door botsingen tussen planetesimalen wordt veroorzaakt mettertijd moeten afnemen, omdat steeds meer planetesimalen worden verwoest. De steekproef van waargenomen objecten omvatte ook veertien sterren waarbij exoplaneten zijn gedetecteerd. Al deze planeten bevinden zich in het gebied waar ook het exo-zodiakale licht is waargenomen. De aanwezigheid van exo-zodiakaal licht in planetenstelsels kan dus problemen veroorzaken bij toekomstig exoplanetenonderzoek.
De gloed van exo-zodiakaal stof, hoe zwak ook, maakt het aanzienlijk moeilijker om aarde-achtige planeten rechtstreeks in beeld te brengen. Het exo-zodiakale licht dat bij dit onderzoek is gedetecteerd is duizend keer helderder dan het zodiakale licht dat rond de zon wordt gezien. En het aantal sterren dat zodiakaal licht op het niveau van het zonnestelsel vertoont is waarschijnlijk veel groter dan het aantal dat nu is opgespoord. Deze waarnemingen zijn dus slechts een opstapje naar gedetailleerdere onderzoeken van het exo-zodiakale licht. ‘De hoge detectiegraad bij dit helderheidsniveau wijst erop dat er een aanzienlijk aantal stelsels moet zijn die stof bevatten dat beneden de detectiedrempel van ons onderzoek blijft, maar altijd nog veel helderder is dan het zodiakale stof in het zonnestelsel’, legt medeauteur Olivier Absil van de Universiteit van Luik uit. ‘De aanwezigheid van zulk stof in zoveel stelsel zou dus een obstakel kunnen vormen voor toekomstige waarnemingen die tot doel hebben om aarde-achtige exoplaneten in beeld te brengen.’
Noten
[1] Het team maakte gebruik van het VLTI bezoekersinstrument PIONIER, dat in staat is om alle vier de Auxiliary Telescopes of alle vier de Unit Telescopes van de Very Large Telescope op Paranal interferometrisch te verbinden. Dit resulteerde niet alleen in een extreem hoge resolutie, maar ook in een hoog waarnemingsrendement.
[2] Eerdere waarnemingen zijn gedaan met de CHARA-array – een optische astronomische interferometer die door het Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) van de Georgia State University wordt beheerd – en zijn glasvezel-bundelcombiner FLUOR.
[3] Als nevenproduct hebben deze waarnemingen ook geleid tot de onverwachte ontdekking dat enkele van de zwaarste sterren in de steekproef een stellaire begeleider hebben. ‘Deze nieuwe begeleiders wijzen erop dat we ons huidige inzicht omtrent het aantal sterren van dit type dat feitelijk dubbel is moeten bijstellen,’ zegt LIndsay Marion, hoofdauteur van een complementair artikel dat gewijd is aan dit aanvullende onderzoek dat gebruik maakt van dezelfde gegevens.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. IV. An unbiased sample of 92 southern stars observed in H-band with VLTI/PIONIER’ van S. Ertel et al., dat in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnt. Het complementaire artikel over de stellaire begeleiders die bij dit onderzoek zijn opgespoord, ‘Searching for faint companions with VLTI/PIONIER. II. 92 main sequence stars from the Exozodi survey’, van L. Marion et al., verschijnt in hetzelfde nummer van dit tijdschrift.
Het onderzoeksteam bestaat uit S. Ertel (Université Grenoble Alpes, Frankrijk; ESO, Chili), O. Absil (Universiteit van Luik, België), D. Defrère (Universiteit van Arizona, VS), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes), J.-C. Augereau (Université Grenoble Alpes), L. Marion (Universiteit van Luik), N. Blind (Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), A. Bonsor (Universiteit van Bristol, VK), G. Bryden (California Institute of Technology, Pasadena, VS), J. Lebreton (California Institute of Technology) en J. Milli (Université Grenoble Alpes).
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.
