Astronomen (ook uit Nederland) hebben nog nooit eerder vertoonde structuren ontdekt in een stofschijf rond een nabije ster. Ze gebruikten daarvoor de afbeeldingen van de Very Large Telescope van ESO en van de Hubble Space Telescope van NASA/ESA. De snel bewegende, golfachtige structuren in de schijf rond de ster AU Microscopii lijken in niets op wat ooit is gezien of voorspeld. De resultaten worden op 8 oktober gepubliceerd in het vakblad Nature.
AU Microscopii, of AU Mic, is een jonge, nabije ster omgeven door een grote stofschijf [1]. Onderzoek aan zulke stofschijven geeft inzicht in hoe planeten, die uit dit soort schijven ontstaan, worden gevormd. Sterrenkundigen onderzoeken de schijf van AU Mic al langer, maar in 2014 zochten de astronomen voor het eerst met het nieuwe SPHERE-instrument van de Very Large Telescope. Ze ontdekten iets bijzonder vreemds.
“Onze waarnemingen lieten wat onverwachts zien,” zegt Anthony Boccaletti van het Observatoire de Paris (Frankrijk), eerste auteur van de publicatie. “De afbeeldingen die we met SPHERE maakten, tonen een reeks onverklaarbare, boogachtige of golfachtige structuren die niet lijken op wat iemand ooit heeft gezien.” In de nieuwe afbeeldingen zijn vijf golfachtige bogen te zien op verschillende afstanden van de ster. Ze doen denken aan rimpelingen in water. Toen de onderzoekers deze vreemde structuren zagen op de nieuwe SPHERE-foto's besloten ze oude foto's erbij te pakken die de Hubble Space Telescope in 2010 en 2011 had gemaakt [2]. Ook op die foto's bleken de vreemde structuren te staan. De sterrenkundigen legden de foto's op een rij en konden nu zien dat de structuren in de loop der tijd waren veranderd. Het bleek dat de rimpelingen bewogen. En snel ook.
“We konden met behulp van de gegevens van Hubble de beweging van deze vreemde structuren gedurende vier jaar laten zien,” aldus onderzoeker Christian Thalmann (ETH Zürich, Switzerland). “We ontdekten dat de bogen van de ster af bewegen met een snelheid van meer dan 40.000 kilometer per uur!” De structuren verder weg van de ster lijken nog sneller te bewegen dan die dicht bij de ster. Minstens drie structuren bewegen zo snel dat ze aan de aantrekkende zwaartekracht van de ster kunnen ontsnappen. Zulke hoge snelheden sluiten uit dat het normale structuren zijn die ontstaan als objecten (zoals planeten) de stofschijf verstoren als ze om de ster heen draaien. Er moet iets anders zijn dat ervoor zorgt dat de rimpelingen zo snel bewegen [3].
“Alles aan de ontdekking was behoorlijk verrassend!” zegt co-auteur Carol Grady van Eureka Scientific (Verenigde Staten). “En omdat zoiets nog nooit was waargenomen of voorspeld, kunnen we tot nu toe allen maar gissen naar wat we nou precies zien en hoe het ontstaan is.” Het team kan niet met zekerheid zeggen waardoor de mysterieuze rimpelingen rond de ster zijn ontstaan. Ze hebben in ieder geval een aantal mogelijke verklaringen uitgesloten. Zo zijn de rimpelingen niet te verklaren door de botsing van twee grote, zeldzame planetoïde-achtige objecten die voor enorme hoeveelheden stof zorgen. En het komt ook niet door spiraalvormige golven die zouden ontstaan door een instabiel zwaartekrachtssysteem.
Andere ideeën lijken veelbelovender. “Een van de verklaringen voor de vreemde structuur heeft te maken met de zonnevlammen van de ster. AU Mic heeft een hoge zonnevlam-activiteit. Er komen vaak enorme uitbarstingen van energie bij het oppervlak van de ster voor,” legt co-auteur Glenn Schneider van Steward Observatory (Verenigde Staten) uit. “Een van die enorme vlammen heeft misschien iets in gang gezet bij een van de planeten. Als er planeten zijn, tenminste. Er kan bijvoorbeeld materiaal van de planeet zijn afgerukt. Dat zou dan nu door de stofschijf vliegen, voortgestuwd door de kracht van de zonnevlam.”
“Het is erg bevredigend om te zien dat we al in het eerste jaar van SPHERE dit soort stofschijven kunnen onderzoeken,” voegt Jean-Luc Beuzit toe. Hij is co-auteur en hij leidde de totstandkoming van het SPHERE-instrument. Het team gaat AU Mic verder onderzoeken met behulp van SPHERE en met andere instrumenten zoals ALMA. De onderzoekers willen begrijpen wat er precies gebeurt. Maar voorlopig blijven deze vreemde structuren nog even een onopgelost mysterie.
Noten
[1] AU Microscopii bevindt zich op slechts 32 lichtjaar van de aarde. De stofschijf bestaat hoofdzakelijk uit planetoïden die zo hard met elkaar gebotst zijn dat ze tot stof zijn vermalen.
[2] De gegevens zijn verzameld door Hubble’s Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).
[3] Doordat we tegen de rand van de schijf aan kijken, is het lastig om de driedimensionale structuur te interpreteren.
Meer informatie
Het onderzoek wordt gepresenteerd in een artikel getiteld “Fast-Moving Structures in the Debris Disk Around AU Microscopii”. Het artikel verschijnt in het wetenschappelijke tijdschrift Nature op 8 oktober 2015.
Het internationale team van astronomen die bij dit onderzoek betrokken zijn, bestaat uit Anthony Boccaletti (Observatoire de Paris, CNRS, Frankrijk), Christian Thalmann (ETH Zürich, Zwitserland), Anne-Marie Lagrange (Université Grenoble Alpes, Frankrijk; CNRS, IPAG, Frankrijk), Markus Janson (Stockholm University, Zweden; Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), Jean-Charles Augereau (Université Grenoble Alpes, Frankrijk; CNRS, IPAG, Frankrijk), Glenn Schneider (University of Arizona Tucson, VS), Julien Milli (ESO, Chili; CNRS, IPAG, France), Carol Grady (Eureka Scientific, VS), John Debes (STScI, VS), Maud Langlois (CNRS/ENS-L, Frankrijk), David Mouillet (Université Grenoble Alpes, Frankrijk; CNRS, IPAG, Frankrijk), Thomas Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), Carsten Dominik (Sterrenkundig Instituut Anton Pannekoek, Universiteit van Amsterdam, Nederland), Anne-Lise Maire (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italië), Jean-Luc Beuzit (Université Grenoble Alpes, Frankrijk; CNRS, IPAG, Frankrijk), Joe Carson (College of Charleston, VS), Kjetil Dohlen (CNRS, LAM, Frankrijk), Markus Feldt (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), Thierry Fusco (ONERA, Frankrijk; CNRS, LAM, Frankrijk), Christian Ginski (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Nederland), Julien H. Girard (ESO, Santiago, Chili; CNRS, IPAG, Frankrijk), Dean Hines (STScI, VS), Markus Kasper (ESO, Duitsland; CNRS, IPAG, Frankrijk), Dimitri Mawet (ESO, Chili), Francois Ménard (Universidad de Chile, Chili), Michael Meyer (ETH Zürich, Zwitserland), Claire Moutou (CNRS, LAM, Frankrijk), Johan Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), Timothy Rodigas (Carnegie Institution of Washington, VS), Jean-Francois Sauvage (ONERA, Frankrijk; CNRS, LAM, Frankrijk), Joshua Schlieder (NASA Ames Research Center, VS; Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), Hans Martin Schmid (ETH Zürich, Zwitserland), Massimo Turatto (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italië), Stephane Udry (Observatoire de Genève, Zwitserland), Farrokh Vakili (Université de Nice-Sophia Antipolis, Frankrijk), Arthur Vigan (CNRS, LAM, Frankrijk; ESO, Chili), Zahed Wahhaj (ESO, Chili; CNRS, LAM, Frankrijk) en John Wisniewski (University of Oklahoma, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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 specifiek 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. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
