Wanneer we naar de sterrenhemel kijken, zien we een statisch ogend schouwspel. Toch is het heelal voortdurend in beweging: sterren ontstaan, leven en sterven, en daartussen voltrekt zich een proces dat misschien nog intrigerender is, de geboorte van planeten. De bouwstenen van planeten vinden we in protoplanetaire nevels, ook wel protoplanetaire schijven genoemd (Protoplanetary Nebula - PPN). Dit zijn schijfvormige wolken van gas en stof rond jonge sterren, waarin zich planetenstelsels beginnen te vormen.
Wat zijn protoplanetaire nevels?
Een protoplanetaire nevel is eigenlijk het overblijfsel van de wolk van gas en stof waaruit een ster is ontstaan. Zodra de ster geboren wordt, in het hart van die wolk, blijft er vaak een draaiende schijf om de ster heen achter. Ze bestaan vooral uit waterstofgas, helium, maar ook zwaardere elementen en microscopische stofdeeltjes. Hun structuur bestaat vooral uit een centrale jonge ster (een zogenaamde T Tauri-ster of een jonge ster van vergelijkbaar type) met daaromheen een platte, draaiende schijf. Kortom: protoplanetaire nevels zijn eigenlijk de wieg van nieuwe planetenstelsels. Ons eigen zonnestelsel is 4,6 miljard jaar geleden waarschijnlijk precies op zo’n manier ontstaan.
Voor astronomen vormen deze nevels een levend laboratorium: ze laten zien hoe planeetstelsels ontstaan en helpen verklaren waarom sommige systemen heel anders zijn opgebouwd dan het onze. Voor amateur-astronomen zijn ze een fascinerend object om in de gaten te houden, vaak indirect, want alleen de grootste telescopen (zoals Hubble of ALMA) tonen ze in detail. Toch kun je met een eenvoudige telescoop al een kijkje nemen in de regio’s waar ze zich bevinden, zoals de Orionnevel.
Hoe ontstaan deze nevels?
In de ruimte bestaan enorme koude wolken van gas en stof, vaak tientallen lichtjaren groot. Door zwaartekracht trekken delen van zo’n wolk samen tot een dichte kern. Terwijl de wolk instort, draait ze vaak een beetje. Dat draaien wordt sterker naarmate de wolk kleiner wordt (een natuurkundig effect: behoud van impulsmoment). In het centrum vormt zich een protoster (een jonge ster in wording). Rondom die ster blijft een draaiende schijf van gas en stof bestaan: de protoplanetaire schijf. Deze schijf kan miljoenen jaren blijven bestaan, terwijl planeten zich er langzaam in vormen. In de binnenste, warmere zones ontstaan meestal rotsachtige planeten (zoals de Aarde en Mars). In de buitenste, koudere zones kunnen zich gasreuzen (zoals Jupiter en Saturnus) vormen, met grote ijs- en gasreserves. Hierdoor vlakt de wolk uit tot een schijf rond de vormende ster.
Hoe werden ze ontdekt?
Het bestaan van protoplanetaire nevels werd al in de 20e eeuw vermoed, toen astronomen dachten dat planeetvorming onlosmakelijk verbonden was met stervorming. Maar pas met de komst van krachtige telescopen in de tweede helft van de eeuw konden ze ook daadwerkelijk worden waargenomen. De legendarische Hubble-ruimtetelescoop leverde iconische beelden van de beroemde "proplyds" (protoplanetary disks) in de Orionnevel. Deze kleine, donkere schijven, vaak omringd door een heldere halo, waren directe bewijzen dat jonge sterren daadwerkelijk omgeven zijn door materieschijven. Radio- en millimetertelescopen (zoals ALMA in Chili) maakten het mogelijk om in detail te zien hoe stof en gas zich verdelen in zulke schijven. ALMA-beelden toonden zelfs ringen en gaten in de schijven, duidelijke aanwijzingen dat er planeten in wording rondcirkelen en de materie “opruimen”.
Enkele voorbeelden van protoplanetaire nevels:
- Orionnevel (M42)
Het beroemdste kraambed van sterren en planeten, zichtbaar met een kleine telescoop. Hubblebeelden lieten hier honderden proplyds zien: jonge sterren omgeven door schijven van gas en stof. - HL Tauri
Een jonge ster op 450 lichtjaar afstand. ALMA maakte in 2014 een spectaculaire opname van zijn schijf, met opvallende ringen en leegtes waar planeten waarschijnlijk al aan het ontstaan zijn. - TW Hydrae
Een relatief nabije jonge ster (176 lichtjaar) met een prachtige, gedetailleerde protoplanetaire schijf. - Beta Pictoris
Een ster waarvan de schijf al deels “opgeruimd” wordt door een gevormde planeet; een tussenstadium tussen protoplanetaire en restschijf.
