Maandag 27/06/2022

Geboorte van planeten op de foto

Het was al bekend dat rond sommige sterren stofschijven draaien, de eerste tekenen van planeetvorming. Bijna allemaal waren die schijven onzichtbaar. Ultragevoelige camera's hebben er nu foto's van genomen, die vorige week openbaar werden.

Wie wil weten hoe ons zonnestelsel ontstond, hoeft niet te wachten op de uitvinding van de tijdmachine. Wat viereneenhalf miljard jaar geleden hier gebeurde, gebeurt nu op tal van andere plaatsen in het heelal. Nieuwe, gevoelige astronomische camera's leggen dat geboorteproces tot in detail vast. Britse en Amerikaanse sterrenkundigen hebben onlangs opzienbarende foto's gemaakt van stofschijven rond andere sterren. Die schijven zien er net zo uit als de afgeplatte, ronddraaiende nevel waaruit lang geleden de aarde en de andere planeten zijn ontstaan. Van één ster is bekend dat zij pas tien miljoen jaar oud is - precies de goede leeftijd voor de vorming van een planetenstelsel.

De metingen aan deze jonge ster werden vorige week gepresenteerd tijdens een persconferentie van de VS-ruimtevaartorganisatie Nasa. Foto's van drie andere stofschijven stonden in Nature van deze week. Nooit eerder zijn er zulke sterke aanwijzingen gevonden voor het ontstaan van planeten bij andere sterren.

Dat veel sterren worden omgeven door stof, werd begin jaren tachtig al ontdekt door de Amerikaans-Nederlandse IRAS-kunstmaan (Infra-Rood Astronomische Satelliet). IRAS zag dat die sterren onverwacht veel infraroodstraling uitzenden. Deze warmtestraling kan alleen afkomstig zijn van stofdeeltjes die door de ster worden opgewarmd.

Bij één ster, Beta Pictoris geheten, werd de stofschijf kort na de IRAS-ontdekking in beeld gebracht met een gewone, aardse telescoop. Maar bij de meeste andere sterren lukte dat niet, omdat ze te ver weg staan, of omdat het zwakke schijnsel van de stofschijf wordt overstraald door het felle licht van zo'n ster.

Het liefst zouden sterrenkundigen zo'n stofschijf in beeld brengen met een infraroodcamera. Op infrarode golflengten is de schijf het helderst, terwijl de ster in dit golflengte-gebied juist zwakker is dan in zichtbaar licht. Helaas waren er tot voor kort geen infraroodcamera's beschikbaar met voldoende beeldscherpte om zoiets mogelijk te maken.

Daarin is verandering gekomen. Op de sterrenwacht van Edinburgh is een camera gebouwd die foto's maakt op submillimeter-golflengten (tussen 0,3 en 0,8 millimeter) - een grensgebied tussen infraroodstraling en radiostraling.

Dat lukt alleen door de detectoren te koelen tot een tiende graad boven het absolute nulpunt (-273,15 graden Celsius). De camera heet Scuba en bevindt zich in het brandpunt van de grootste submillimeter-telescoop ter wereld, de James Clerk Maxwell Telescope op Mauna Kea, Hawaï, die een schotelmiddellijn heeft van 15 meter.

Sterrenkundigen van het Joint Astronomy Centre in Hawaï en van de Universiteit van Californië in Los Angeles hebben de Scuba-camera gebruikt om foto's te maken van Beta Pictoris, en ook van de heldere sterren Wega en Fomalhaut. Bij Wega en Fomalhaut had IRAS al een infraroodoverschot waargenomen, maar het stof rond deze sterren was nog nooit eerder in beeld gebracht.

Het zijn zeer verrassende foto's, die deze week in Nature zijn gepubliceerd. Bij Fomalhaut is duidelijk te zien dat er sprake is van een afgeplatte stofschijf die in het midden een soort gat heeft. Volgens teamleider Wayne Holland van het Joint Astronomy Centre is het heel waarschijnlijk dat het stof in de binnendelen van de schijf al samengeklonterd is tot planeten, hoewel die vanaf de aarde niet te zien zijn.

De stofschijf van Wega is erg asymmetrisch. Op 11 miljard kilometer afstand van de ster - twee keer de afstand van de zon tot de planeet Pluto - bevindt zich een extra heldere plek in de schijf, waarvan de ware aard nog een raadsel is.

"Het zou een reuzenplaneet kunnen zijn die gehuld is in een stofwolk", zegt Hollands collega Ben Zuckerman van de Universiteit van Californië. "Maar dat is puur giswerk."

Merkwaardig genoeg vertoont ook de stofschijf rond Beta Pictoris zo'n heldere plek, zij het op een veel grotere afstand van de ster. Niemand verwacht dat er op zo'n grote afstand - 100 miljard kilometer - planeten kunnen ontstaan. "We hebben op dit moment meer vragen dan antwoorden", zegt Zuckerman.

De ster die afgelopen dinsdag de show stal, draagt de catalogusaanduiding HR 4796A. Bij ons is ze niet zichtbaar: ze bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Centaurus en staat op 220 lichtjaar van de aarde. Het is een jonge, heldere ster: tien miljoen jaar oud en twintig keer zo helder als de zon. Ook van HR 4796A was al bekend dat ze een infraroodoverschot vertoont en en dus waarschijnlijk gehuld is in een wolk of schijf van koel stof. Michael Jura van de Universiteit van Californië toonde een paar jaar geleden zelfs aan dat ook deze stofschijf een centrale holte moet hebben.

De infraroodstraling van de ster hoort namelijk bij een gemiddelde stoftemperatuur van 160 graden onder nul. "Dat komt overeen met een afstand van 4 à 5 miljard kilometer tot de ster", aldus Jura. "Dat we geen straling zien van warmere stofdeeltjes betekent dat de schijf op een kleinere afstand van de ster veel minder stof bevat."

In het voorjaar van 1997 probeerde Jura de stofschijf van HR 4796A in beeld te brengen met een infraroodcamera op de Cerro Tololo-sterrenwacht in Chili. Die waarnemingen lukten niet door het slechte weer. Vorige maand deden Amerikaanse sterrenkundigen een nieuwe poging, dit keer met meer succes.

Ray Jayawardhana van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, fotografeerde de ster met de gloednieuwe Oscir-camera van de Universiteit van Florida. Oscir is gevoelig voor mid-infrarode golflengten van circa 20 micrometer (0,02 mm). Jayawardhana gebruikte de viermeter-Blanco-telescoop van de Cerro Tololo-sterrenwacht en slaagde erin de stofschijf rond HR 4796A in beeld te brengen. De opname is niet erg gedetailleerd, maar met een beetje goede wil is te zien dat de schijf in het midden inderdaad vrij 'leeg' is.

Ongeveer tegelijkertijd werd de ster ook gefotografeerd door Amerikaanse astronomen die een infraroodcamera gebruikten op de Keck II-telescoop op Mauna Kea. Met zijn spiegelmiddellijn van 10 meter is dat een van de grootste optische telescopen ter wereld. "Oorspronkelijk hadden we onze waarnemingen in Nature willen publiceren", vertelt Jayawardhana. "Maar toen we hoorden dat een ander team vergelijkbare resultaten had geboekt, besloten we zo snel mogelijk een nieuwsbericht op te stellen en een persconferentie te beleggen."

HR 4796A is om twee redenen heel interessant. Om te beginnen maakt de ster deel uit van een dubbelstersysteem: op een afstand van 75 miljard kilometer wordt zij vergezeld door een zwakke rode dwergster. Kennelijk vormt de aanwezigheid van die begeleider geen belemmering voor de vorming van een afgeplatte, ronddraaiende stofschijf. Waarschijnlijk is de dwergster wel verantwoordelijk voor de vrij scherpe begrenzing van de schijf, op een kleine 20 miljard kilometer afstand van de ster, ongeveer drie keer de afstand zon-Pluto.

Niemand weet precies hoe dicht twee sterren bij elkaar mogen staan om de vorming van een planetenstelsel nog toe te laten", zegt Rens Waters van de Universiteit van Amsterdam, die zelf veel onderzoek doet naar protoplanetaire schijven. "Dit resultaat is dus van groot belang voor de theoretici."

Een andere reden waarom sterrenkundigen zo opgewonden zijn over de waarnemingen van HR 4796A is dat de ster zo jong is: tien miljoen jaar. "Die leeftijd kan heel nauwkeurig worden afgeleid uit de waargenomen eigenschappen van de begeleider", zegt Jayawardhana. "Tien miljoen jaar is de ideale leeftijd voor de vorming van planeten. We zien de schijf dus hoogstwaarschijnlijk op het moment waarop er daadwerkelijk planeetvorming plaatsvindt."

Charles Telesco van de Universiteit van Florida, de ontwerper en bouwer van de Oscir-camera, verwacht in de nabije toekomst "een explosie van opzienbarende resultaten dankzij deze nieuwe, gevoelige camera's". Als er steeds meer planetenstelsels in wording worden waargenomen, in verschillende stadia van ontwikkeling, verwachten Telesco en zijn collega's dat de ontstaansgeschiedenis van ons eigen zonnestelsel binnenkort geen geheimen meer kent.

Govert Schilling

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234