Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, hebben astronomen voor het eerst een duidelijke schijf rond een planeet buiten ons zonnestelsel gedetecteerd. De waarnemingen zullen nieuw licht werpen op de vorming van planeten en manen in jonge stersystemen. ‘Ons onderzoek heeft geresulteerd in een duidelijke detectie van een schijf waarin zich manen zouden kunnen vormen’, zegt Myriam Benisty, onderzoeker aan de Universiteit van Grenoble, Frankrijk, en aan de Universiteit van Chili, die leiding gaf aan het nieuwe onderzoek dat vandaag in The Astrophysical Journal Letters is gepubliceerd.
‘Onze ALMA-waarnemingen werden verkregen met zo'n voortreffelijke resolutie, dat we duidelijk konden vaststellen dat de schijf bij de planeet hoort en dat we ook de omvang ervan hebben kunnen schatten’, voegt ze eraan toe. De schijf in kwestie, een zogeheten circumplanetaire schijf, omringt de exoplaneet PDS 70c, een van de twee reusachtige, Jupiter-achtige planeten die om een ster op bijna 400 lichtjaar afstand draaien. Astronomen hadden al eerder aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een ‘maan-vormende’ schijf rond deze exoplaneet, maar omdat ze de schijf niet duidelijk konden onderscheiden van zijn omgeving, konden ze de detectie ervan niet bevestigen – tot nu toe dan. Daarnaast hebben Benisty en haar team met behulp van ALMA ontdekt dat de diameter van de schijf ongeveer gelijk is aan de afstand van onze zon tot de aarde. De schijf bevat genoeg massa om drie satellieten ter grootte van onze maan te vormen.
Maar de resultaten zijn niet alleen van belang om erachter te komen hoe manen ontstaan. ‘Deze nieuwe waarnemingen zijn ook uiterst belangrijk om theorieën over planeetvorming te bewijzen die tot nu toe niet konden worden getoetst’, zegt Jaehan Bae, onderzoeker van het Earth and Planets Laboratory van de Carnegie Institution for Science, VS, en auteur van het onderzoek. Planeten vormen zich in de stoffige schijven rond jonge sterren. Tijdens hun ‘groei’ veroorzaken ze holtes in de circumstellaire schijf doordat ze materiaal opslokken. Tijdens dit proces kan een planeet zijn eigen circumplanetaire schijf ontwikkelen, die bijdraagt aan de groei van de planeet door de hoeveelheid materiaal die erop valt te reguleren. Tegelijkertijd kunnen het gas en stof in de cirkelvormige schijf samenklonteren tot steeds grotere brokstukken, wat uiteindelijk tot de vorming van manen leidt.
Maar astronomen begrijpen de details van deze processen nog niet volledig. ‘Kortom, het is nog steeds onduidelijk wanneer, waar en hoe planeten en manen ontstaan’, aldus ESO Research Fellow Stefano Facchini, die ook bij het onderzoek betrokken was. ‘Er zijn tot nu toe meer dan 4000 exoplaneten ontdekt, maar die maken allemaal deel uit van volwassen planetenstelsels. PDS 70b en PDS 70c, die een stelsel vormen dat aan het duo Jupiter en Saturnus doen denken, zijn de enige twee tot nu toe gedetecteerde exoplaneten die nog in aanbouw zijn’, zegt Miriam Keppler, onderzoeker aan het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland en een van de co-auteurs van het onderzoek. ‘Dit stelsel biedt ons daarom een unieke kans om de processen van planeet- en maanvorming te observeren en te bestuderen’, voegt Facchini daaraan toe.
PDS 70b en PDS 70c, de twee planeten die het stelsel vormen, werden in respectievelijk 2018 en 2019 ontdekt met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT), en vanwege hun unieke karakter zijn ze sindsdien vele malen met andere telescopen en instrumenten waargenomen [1]. Dankzij de nieuwste ALMA-waarnemingen met hoge resolutie hebben astronomen nu meer inzicht in het systeem gekregen. Daarbij konden ze niet alleen het bestaan van de circumplanetaire schijf rond PDS 70c bevestigen, en zijn omvang en massa bepalen, maar ontdekten ze ook dat PDS 70b geen duidelijke sporen van zo’n schijf vertoont. Dat wijst erop dat al het stof in zijn omgeving is opgemaakt door buurplaneet PDS 70c.
Een nog beter beeld van het planetenstelsel zal worden verkregen met ESO's Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in aanbouw is op Cerro Armazones in de Chileense Atacama-woestijn. ‘De ELT zal van groot belang zijn voor dit onderzoek, omdat we met zijn veel hogere resolutie in staat zullen zijn om het stelsel tot in detail in kaart te brengen’, zegt co-auteur Richard Teague, een onderzoeker bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, VS. Met name door gebruik te maken van de ELT’s Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS), zal het team de gasbewegingen rond PDS 70c in kaart kunnen brengen om zo een volledig 3D-beeld van het stelsel te krijgen.
Noten
[1] PDS 70b is ontdekt met behulp van het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument, terwijl PDS 70c is opgespoord met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de VLT. Het uit twee planeten bestaande stelsel is ook onderzocht met behulp van het X-shooter-instrument, dat tevens op ESO’s VLT is geïnstalleerd.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek staan beschreven in het artikel ‘A Circumplanetary Disk Around PDS 70c’ dat in The Astrophysical Journal Letters verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Myriam Benisty (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS, Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chili, en Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France [UGA]), Jaehan Bae (Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington DC, VS), Stefano Facchini (European Southern Observatory, Garching bei München, Duitsland), Miriam Keppler (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland [MPIA]), Richard Teague (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, MA, VS [CfA]), Andrea Isella (Department of Physics and Astronomy, Rice University, Houston, TX, VS), Nicolas T. Kurtovic (MPIA), Laura M. Perez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chili [UCHILE]), Anibal Sierra (UCHILE), Sean M. Andrews (CfA), John Carpenter (Joint ALMA Observatory, Santiago de Chile, Chili), Ian Czekala (Department of Astronomy and Astrophysics, Pennsylvania State University, PA, VS, Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Davey Laboratory, Pennsylvania State University, PA, VS, Center for Astrostatistics, Davey Laboratory, Pennsylvania State University, PA, VS en Institute for Computational & Data Sciences, Pennsylvania State University, PA, VS), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde, Universiteit van Amsterdam), Thomas Henning (MPIA), Francois Menard (UGA), Paola Pinilla (MPIA en Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, VK) en Alice Zurlo (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago de Chile, Chili en Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago de Chile, Chili).
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).
