Astronomen hebben een reusachtige exoplaneet ontdekt, tussen drie en tien keer zo groot als Jupiter, die zich schuilhoudt in de wervelende schijf van gas en stof rondom een jonge ster. Eerdere waarnemingen van deze ster, MP Mus genaamd, suggereerden dat hij helemaal alleen stond zonder planeten in een baan om hem heen, omgeven door een karakterloze wolk van gas en stof.
Een tweede blik op MP Mus, waarbij gebruik is gemaakt van een combinatie van resultaten van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de Gaia-missie van de Europese ruimtevaartorganisatie, suggereert echter dat de ster helemaal niet alleen is. Het internationale team van astronomen, onder leiding van de Universiteit van Cambridge, heeft een grote gasreus ontdekt in de protoplanetaire schijf van de ster: de pannenkoekachtige wolk van gassen, stof en ijs waar het proces van planeetvorming begint. Dit is de eerste keer dat Gaia een exoplaneet in een protoplanetaire schijf heeft ontdekt. De resultaten, die worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, suggereren dat soortgelijke methoden nuttig zouden kunnen zijn bij de jacht op jonge planeten rond andere sterren.
Door te bestuderen hoe planeten zich vormen in de protoplanetaire schijven rond jonge sterren, kunnen onderzoekers meer te weten komen over hoe ons eigen zonnestelsel is ontstaan. Door een proces dat kernaccretie wordt genoemd, zorgt de zwaartekracht ervoor dat deeltjes in de schijf aan elkaar kleven en uiteindelijk grotere vaste lichamen vormen, zoals asteroïden of planeten. Als jonge planeten zich vormen, beginnen ze gaten in de schijf te snijden, zoals groeven op een vinylplaat. Het waarnemen van deze jonge planeten is echter een enorme uitdaging, vanwege de interferentie van het gas en stof in de schijf. Tot nu toe zijn er slechts drie robuuste detecties van jonge planeten in een protoplanetaire schijf gedaan.
Dr. Álvaro Ribas van Cambridge's Institute of Astronomy, die het onderzoek leidde, is gespecialiseerd in het bestuderen van protoplanetaire schijven. “We namen deze ster voor het eerst waar toen we leerden dat de meeste schijven ringen en gaten hebben, en ik hoopte kenmerken rond MP Mus te vinden die zouden kunnen wijzen op de aanwezigheid van een planeet of planeten,” zei hij. Met behulp van ALMA observeerde Ribas in 2023 de protoplanetaire schijf rond MP Mus (PDS 66). De resultaten toonden een jonge ster die helemaal alleen in het heelal leek te staan. De omringende schijf vertoonde geen van de gaten waar planeten zich zouden kunnen vormen, en was volledig vlak en karakterloos.
“Onze eerdere waarnemingen lieten een saaie, platte schijf zien,” zei Ribas. "Maar dit leek ons vreemd, aangezien de schijf tussen de zeven en tien miljoen jaar oud is. In een schijf van die leeftijd zouden we verwachten bewijs te zien van planeetvorming." Nu hebben Ribas en zijn collega's uit Duitsland, Chili en Frankrijk MP Mus een nieuwe kans gegeven. Met behulp van ALMA hebben ze de ster opnieuw waargenomen in het 3mm-bereik, een langere golflengte dan bij eerdere waarnemingen, waardoor ze dieper in de schijf konden kijken. De nieuwe waarnemingen brachten een holte dicht bij de ster aan het licht en twee gaten verder weg, die bij de eerdere waarnemingen verborgen waren gebleven.
Tegelijkertijd legde Miguel Vioque, onderzoeker aan de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, een ander stukje van de puzzel bloot. Met behulp van gegevens van Gaia ontdekte hij dat MP Mus ‘wiebelde’. “Mijn eerste reactie was dat ik een fout gemaakt moest hebben in mijn berekeningen, want MP Mus stond bekend om zijn karakterloze schijf”, aldus Vioque. “Ik was mijn berekeningen aan het herzien toen ik Álvaro een lezing zag geven waarin hij voorlopige resultaten presenteerde van een nieuw ontdekte binnenste holte in de schijf, wat betekende dat het wiebelen dat ik detecteerde echt was en een goede kans had om veroorzaakt te worden door een vormende planeet.”
Op basis van een combinatie van Gaia- en ALMA-waarnemingen en computermodellen zeggen de onderzoekers dat het wiebelen waarschijnlijk wordt veroorzaakt door een gasreus, minder dan tien keer de massa van Jupiter, die rond de ster draait op een afstand tussen één en drie keer de afstand van de aarde tot de zon. “Ons modelleringswerk toonde aan dat als je een reuzenplaneet in de nieuwgevonden holte plaatst, je ook het Gaia-signaal kunt verklaren,” zei Ribas. “En door de langere ALMA-golflengten te gebruiken, konden we structuren zien die we eerder niet konden zien.” Dit is de eerste keer dat een exoplaneet die is ingebed in een protoplanetaire schijf op deze manier indirect is ontdekt, door nauwkeurige gegevens over sterbewegingen van de Gaia te combineren met diepe waarnemingen van de schijf. Het betekent ook dat er misschien nog veel meer verborgen planeten in andere schijven bestaan, wachtend om gevonden te worden.
“We denken dat dit een van de redenen kan zijn waarom het zo moeilijk is om jonge planeten in protoplanetaire schijven te detecteren, omdat we in dit geval de gegevens van ALMA en Gaia samen nodig hadden,” zegt Ribas. “De langere ALMA-golflengte is ongelooflijk nuttig, maar om op deze golflengte te observeren is meer tijd nodig op de telescoop.” Ribas zegt dat komende upgrades van ALMA en toekomstige telescopen zoals de volgende generatie Very Large Array (ngVLA) gebruikt kunnen worden om dieper in meer schijven te kijken en de verborgen populatie van jonge planeten beter te begrijpen, wat ons weer kan helpen te leren hoe onze eigen planeet gevormd kan zijn. Het onderzoek werd mede ondersteund door het Horizon-programma van de Europese Unie, de European Research Council en de Science and Technology Facilities Council (STFC) van het Verenigd Koninkrijk, onderdeel van UK Research and Innovation (UKRI).
Bron: EurekAlert
