Een internationaal onderzoeksteam heeft voor het eerst het moment vastgesteld waarop zich planeten begonnen te vormen rond een andere ster dan onze zon. Met behulp van de ALMA-telescoop, waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) partner is, en de James Webb ruimtetelescoop (JWST), hebben ze het ontstaan van de eerste stukjes planeet-vormend materiaal waargenomen – hete mineralen die net beginnen te stollen. Het is voor het eerst dat een planetenstelsel in zo’n vroeg ontwikkelingsstadium is ontdekt. Zo krijgen we een kijkje in het verleden van ons eigen zonnestelsel.
‘Voor het eerst hebben we het vroegste moment geïdentificeerd waarop de planeetvorming rond een andere ster dan onze zon is begonnen’, zegt Melissa McClure, hoogleraar aan de Universiteit Leiden en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek, waarvan de resultaten vandaag Nature zijn gepubliceerd. Co-auteur Merel van ’t Hoff, hoogleraar aan de Purdue-universiteit in de Verenigde Staten, omschrijft het resultaat als ‘een babyfoto van ons zonnestelsel’ en zegt dat ‘we hier een stelsel zien dat lijkt op hoe ons zonnestelsel eruitzag toen het zich net begon te vormen.’
Dit pasgeboren planetenstelsel vormt zich rond HOPS-315, een ‘proto-’ oftewel babyster die zo’n 1300 lichtjaar van ons is verwijderd en sterke overeenkomsten vertoont met onze zon in haar jonge jaren. Rond zulke babysterren zijn vaak schijven van gas en stof te zien die ‘protoplanetaire schijven’ worden genoemd. Dit zijn de geboorteplaatsen van nieuwe planeten. ‘Astronomen hebben eerder al jonge schijven gezien met pasgeboren zware Jupiter-achtige planeten daarin’, zegt McClure. ‘Maar we hebben altijd geweten dat de eerste vaste delen van planeten – zogeheten ‘planetesimalen’ – zich in een eerder stadium moeten hebben gevormd.’
In ons eigen zonnestelsel is het allereerste vaste materiaal dat zich in de buurt van de huidige locatie ten opzichte van de zon heeft gevormd aangetroffen in stokoude meteorieten. Om te bepalen wanneer de klok is gaan lopen voor de vorming van ons zonnestelsel, hebben wetenschappers deze oergesteenten gedateerd. Zulke meteorieten zitten vol met kristalachtige mineralen die siliciummonoxide (SiO) bevatten en kunnen al bij de extreem hoge temperaturen in jonge planetaire schijven condenseren. Na verloop van tijd binden deze gecondenseerde vaste stoffen zich aan elkaar en leggen ze de kiem voor de vorming van planeten. De eerste planetesimalen in het zonnestelsel, die uitgroeiden tot planeten zoals de aarde of de kern van Jupiter, werden vlak na de condensatie van deze kristallijne mineralen gevormd.
Met hun nieuwe ontdekking hebben astronomen bewijs gevonden dat deze hete mineralen beginnen te condenseren in de schijf rond HOPS-315. Hun resultaten laten zien dat rond de babyster siliciummonoxide zowel in gasvormige als in kristallijne mineraalvorm aanwezig is, wat suggereert dat dit materiaal nog maar net begint te stollen. ‘Dit proces is nog nooit eerder gezien in een protoplanetaire schijf of elders buiten ons zonnestelsel’, zegt co-auteur Edwin Bergin, hoogleraar aan de Universiteit van Michigan, VS.
De mineralen werden voor het eerst geïdentificeerd met behulp van de James Webb Space Telescope, een gezamenlijk project van de ruimteagentschappen van de VS, Europa en Canada. Om erachter te komen waar de signalen precies vandaan kwamen, observeerde het team het stersysteem met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in de Chileense Atacama-woestijn. ALMA wordt beheerd door ESO, in samenwerking met internationale partners.
Met de ALMA-gegevens stelde het team vast dat de chemische signalen afkomstig waren van een klein gebied in de schijf rond de ster waarvan de ligging overeenkomt met die van de planetoïdengordel rond de zon. ‘We zien de mineralen echt op dezelfde plek in dit stersysteem als waar we ze in de planetoïden van ons zonnestelsel zien,’ zegt co-auteur Logan Francis, postdoc-onderzoeker aan de Universiteit Leiden.
Hierdoor vormt de schijf van HOPS-315 een prachtige analogie voor het bestuderen van onze eigen kosmische geschiedenis. Of, zoals van ’t Hoff zegt: ‘Dit stersysteem is een van de beste die we kennen om een aantal van de processen te onderzoeken die in ons zonnestelsel hebben plaatsgevonden.’ Het systeem biedt astronomen ook een nieuwe kans om de vroege vorming van planeten te bestuderen, doordat het als surrogaat kan dienen voor pasgeboren zonnestelsels in elders in het Melkwegstelsel.
ESO-astronoom en Europees ALMA-programmamanager Elizabeth Humphreys, die niet aan het onderzoek heeft deelgenomen, zegt: ‘Ik was erg onder de indruk van dit onderzoek, dat een zeer vroeg stadium van planeetvorming laat zien. Het suggereert dat HOPS-315 kan worden gebruikt om te begrijpen hoe ons eigen zonnestelsel is gevormd. Dit resultaat onderstreept hoe waardevol de combinatie van JWST en ALMA is voor het onderzoek van protoplanetaire schijven.’
Deze afbeeldingen laten zien hoe rond de babyster HOPS-315 heet gas tot vaste mineralen condenseert. De afbeelding
links is gemaakt met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin ESO partner is. De beide inzetten
tonen artist’s impressions van moleculen van siliciummonoxide die tot vaste silicaten condenseren.
Bron: ESO
