Zulke planeten zouden wel eens talrijker kunnen zijn dan gedacht. Vermoed wordt dat rotsachtige planeten ontstaan door het willekeurig botsen en samenkleven van aanvankelijk microscopisch kleine deeltjes in de materieschijf rond een ster. Deze korreltjes, die kosmisch stof worden genoemd, zijn vergelijkbaar met roet of fijn zand. Astronomen dachten dat zulke korreltjes in de buitenste regionen rond bruine dwergen – sterachtige objecten die te klein zijn om te stralen zoals een ster – niet kunnen ontstaan, omdat hun schijven dun zijn en de daarin aanwezige deeltjes te snel bewegen om na een botsing aan elkaar te blijven plakken. Ook suggereren de huidige theorieën dat eventueel gevormde korreltjes zich snel in de richting van de centrale bruine dwerg zouden moeten verplaatsen. Ze zouden daardoor uit de buitenste delen van de schijf verdwijnen en niet meer te detecteren zijn.
‘We waren compleet verrast door de ontdekking van millimeter-grote korreltjes in deze dunne kleine schijf,’ zegt Luca Ricci van het California Institute of Technology (VS), die leiding gaf aan een team van astronomen uit de VS, Europa en Chili. ‘Vaste korreltjes van die afmetingen zouden in de koude buitengebieden van de schijf rond een bruine dwerg niet mogen ontstaan, maar dat doen ze klaarblijkelijk toch. We weten niet of zich daar een complete planeet zou kunnen vormen, of al heeft gevormd, maar we zien wel de eerste stappen van dat proces. We moeten onze ideeën omtrent de omstandigheden waaronder zulke vaste deeltjes ontstaan dus herzien,’ aldus Ricci.
Dankzij ALMA’s grotere beeldscherpte in vergelijking met eerdere telescopen konden de astronomen ook koolmonoxidegas rond de bruine dwerg detecteren. Het is voor het eerst dat koud moleculair gas in zo’n schijf is waargenomen. Deze ontdekking, en die van de millimeter-grote korreltjes, wijst erop dat de schijf veel meer op die rond jonge sterren lijkt dan tot nu toe werd gedacht. Ricci en zijn collega’s deden hun ontdekking met de gedeeltelijk voltooide ALMA-telescoop in de hooggelegen Chileense woestijn. ALMA is een groeiende verzameling van uiterst gevoelige schotelantennes die als één telescoop samenwerken om het heelal met grensverleggende nauwkeurigheid te onderzoeken. ALMA ‘ziet’ licht met golflengten van een millimeter, dat onzichtbaar is voor het menselijk oog. De bouw van ALMA zal naar verwachting in 2013 voltooid zijn, maar astronomen doen al sinds 2011 waarnemingen met een deel van de ALMA-schotels.
De astronomen hebben ALMA gericht op de jonge bruine dwerg ISO-Oph 102, ook bekend als Rho-Oph 102, die deel uitmaakt van het stervormingsgebied bij de ster Rho Ophiuchi in het sterrenbeeld Slangendrager. De bruine dwerg is zestig keer zo zwaar als de planeet Jupiter, maar zestien keer lichter dan de zon. Hierdoor heeft hij te weinig massa om de thermonucleaire reacties op te starten die normale sterren aan het stralen brengen. Wel trekt de bruine dwerg door zijn eigen zwaartekracht samen, waardoor energie vrijkomt in de vorm van warmte en een zwakke rode gloed.
ALMA verzamelde licht met golflengten van ongeveer een millimeter, zoals dat wordt uitgezonden door het schijfmateriaal dat door de bruine dwerg is opgewarmd. De korreltjes in de schijf zenden niet veel straling uit op golflengten die groter zijn dan hun eigen afmetingen. Hierdoor kan bij langere golflengten een karakteristieke afname in de intensiteit van de straling te zien zijn. ALMA is een ideaal instrument voor het meten van deze steile afname en dus ook voor het opmeten van de korreltjes. De astronomen hebben gekeken hoe helder de stofschijf is op golflengten van 0,89 en 3,2 millimeter. De helderheidsafname tussen deze beide golflengten was minder steil dan verwacht, wat betekent dat er nog korreltjes aanwezig zijn met afmetingen van een millimeter of groter.
‘ALMA is een krachtig nieuw hulpmiddel voor het ontraadselen van het planeetvormingsproces,’ merkt teamlid Leonardo Testi van ESO op. ‘Als we dit met eerdere telescopen hadden geprobeerd, hadden we bijna een maand moeten waarnemen – praktisch onmogelijk lang. Maar met slechts een kwart van ALMA’s uiteindelijke antenne-arsenaal was de klus in minder dan een uur geklaard!’
In de nabije toekomst zal de ALMA-telescoop krachtig genoeg zijn om gedetailleerde opnamen van de schijven rond Rho-Oph 102 en andere objecten te maken. ‘We zullen dan niet alleen de aanwezigheid van kleine deeltjes in schijven kunnen aantonen, maar ook hun verdeling over de circumstellaire schijf en hun interacties met het daarin gedetecteerde gas in kaart kunnen brengen. Dit leert ons beter begrijpen hoe planeten ontstaan,’ aldus Ricci.
Noten
De resultaten van dit onderzoek staan beschreven in een artikel in de Astrophysical Journal Letters. Ricci en Testi werkten samen met Antonella Natta van het INAF-Osservatorio Astrofisico de Arcetri, Aleks Scholz van het Dublin Institute for Advanced Studies en Itziar de Gregorio-Monsalvo van het Joint ALMA Observatory.
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. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), 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).
Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). 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.
