Ons onderzoek aan de hemel onthult de geheimen van hoe

Ons onderzoek aan de hemel onthult de geheimen van hoe planeten worden geboren

Schijven die geboorte geven aan nieuwe planeten, gezien door de Very Large Telescope. ESO/C. Ginski, A. Garufi, P.-G. Valegård et al.

Wanneer we naar de sterren kijken, is het meestal niet het verlangen naar de verre diepten van de ruimte dat ons drijft. Als we naar buiten kijken, kijken we echt terug naar onszelf. We proberen onze plaats in de onvoorstelbare uitgestrektheid van het universum te begrijpen.

Een van de meest brandende vragen die ons drijft is hoe uniek we zijn. Is het leven alleen hier op aarde ontstaan of zit ons sterrenstelsel er vol mee?

De allereerste stap om daar achter te komen is begrijpen hoe bijzonder de aarde werkelijk is – en, bij uitbreiding, ons hele zonnestelsel. Hiervoor is kennis nodig over hoe zonnestelsels eigenlijk ontstaan. En dat is precies wat mijn collega’s en ik zijn gaan ontdekken met een nieuwe serie studies van stervormingsgebieden.

In de afgelopen decennia hebben astronomen meer dan 5.000 planeten gespot rond verre sterren – zogenaamde exoplaneten. We weten nu dat planeten zo talrijk zijn dat je naar bijna elke ster aan de nachthemel kunt kijken en er bijna zeker van kunt zijn dat er planeten omheen cirkelen. Maar hoe zien deze planeten eruit?

De eerste planeet die werd ontdekt rond een ster die lijkt op de Zon kwam als een schok voor ons. Het was een zogenaamde hete Jupiter, een enorme gasreus die in zo’n nauwe baan om zijn moederster draait dat de lengte van een jaar slechts vier dagen is. Dit is echt een buitenaardse wereld die zijn gelijke niet kent in ons eigen zonnestelsel.

Na deze eerste baanbrekende ontdekking zijn astronomen verder gegaan met het vinden van dicht opeengepakte stelsels van superaardes, rotsachtige planeten die een paar keer zo zwaar zijn als de aarde, maar ook ontzagwekkende gasreuzen in eeuwenlange banen rond hun moederster. Van de vele planetenstelsels die we hebben gevonden, evenaart er geen ons eigen zonnestelsel. De meeste zijn zelfs heel anders.

Om te begrijpen hoe al deze verschillende stelsels zijn ontstaan, moeten we terug naar het allereerste begin. En dat zijn de majestueuze schijven van stof en gas die de jongste sterren omgeven. Dit zijn de kinderkamers die uiteindelijk nieuwe planetenstelsels voortbrengen.

Deze schijven zijn enorme objecten, tot honderden keren zo groot als de afstand tussen de aarde en de zon. Toch lijken ze aan de hemel heel klein. Dat komt omdat zelfs de dichtstbijzijnde, die zich praktisch in onze galactische achtertuin bevinden, tussen de 600 en 1600 lichtjaar van ons vandaan zijn.

Dat is een kleine afstand als je bedenkt dat het Melkwegstelsel een diameter heeft van meer dan 100.000 lichtjaar, maar het betekent nog steeds dat licht, het snelste ding in het heelal, er tot 1.600 jaar over doet om ons vanaf daar te bereiken.

De typische grootte van een van deze planetaire kraamkamers, gezien vanaf de aarde, zou een hoek van 1 “boogseconde” aan de hemel zijn, wat gelijk staat aan een 3.600ste deel van een graad. Om het in perspectief te plaatsen: het is alsof je iemand die op de top van de Eiffeltoren staat probeert te observeren vanaf 500 km afstand in de Nederlandse hoofdstad Amsterdam.

Om deze schijven waar te nemen hebben we de meest geavanceerde en grootste telescopen nodig. En we hebben geavanceerde instrumenten nodig die kunnen corrigeren voor atmosferische turbulentie die onze beelden vertroebelt. Dit is geen sinecure en de nieuwste generatie instrumenten is pas sinds ongeveer tien jaar beschikbaar.

Nieuwe bevindingen

Met behulp van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, de VLT, en de Sphere extreme adaptive optics camera, zijn we nu begonnen met het onderzoeken van jonge sterren in de buurt.

Ons team, bestaande uit wetenschappers uit meer dan tien landen, was in staat om meer dan 80 van deze jonge sterren in verbazingwekkend detail te observeren. Onze bevindingen zijn gepubliceerd in een serie artikelen in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics.

Alle opnamen zijn gemaakt in nabij-infrarood licht, onzichtbaar voor het menselijk oog. Ze laten het licht van de verre jonge sterren zien, zoals het wordt weerkaatst door de minuscule stofdeeltjes in de schijven. Dit stof lijkt veel op zand op het strand en zal uiteindelijk samenklonteren tot nieuwe planeten.

Wat we vonden was een verbazingwekkende diversiteit in vorm van deze planetaire kraamkamers. Sommige hebben enorme ringsystemen, andere grote spiraalarmen. Sommige zijn glad en rustig, en weer andere zitten midden in een storm als stof en gas van de omringende stervormende wolken op hen neerregent.

Hoewel we een deel van deze diversiteit hadden verwacht, laat ons onderzoek voor het eerst zien dat dit zelfs geldt binnen dezelfde stervormingsgebieden. Dus zelfs planetenstelsels die zich in dezelfde buurt vormen, kunnen er heel anders uitzien.

Planeetvormende schijven in de gasrijke wolk van Chamaeleon I, ruwweg 600 lichtjaar van de aarde.

Planeetvormende schijven in de gaswolk van Chamaeleon I, op ongeveer 600 lichtjaar van de aarde.
Ginski et, al 2024, CC BY-SA

Het vinden van zo’n breed scala aan schijven suggereert dat de enorme diversiteit aan exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt een gevolg is van dit brede spectrum aan planetaire kraamkamers.

In tegenstelling tot de zon hebben de meeste sterren in ons melkwegstelsel begeleiders, waarbij twee of meer sterren om een gedeeld massamiddelpunt draaien. Toen we naar het sterrenbeeld Orion keken, ontdekten we dat sterren in groepen van twee of meer minder vaak grote planeetvormende schijven hadden dan eenzame sterren. Dit is handig om te weten als je op zoek bent naar exoplaneten.

Een andere interessante bevinding was hoe ongelijk de schijven in dit gebied waren, wat suggereert dat ze massieve planeten kunnen herbergen die de schijven kromtrekken.

De volgende stap in ons onderzoek zal zijn om specifieke planeten met hun kraamkamers te verbinden, om in detail te begrijpen hoe de verschillende systemen gevormd zouden kunnen zijn. We willen ook nog verder inzoomen op de binnenste regionen van deze schijven, waar aardse planeten zoals onze aarde zich misschien al aan het vormen zijn.

Hiervoor zullen we de volgende generatie telescopen gebruiken, aangevoerd door de “Extremely Large Telescope” van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, die momenteel in aanbouw is in de Chileense Atacama-woestijn.

Er zijn nog veel vragen te beantwoorden. Maar dankzij ons onderzoek weten we nu dat de allereerste stap op de lange weg naar het ontstaan van leven een hele mooie is.

Het Gesprek

Christian Ginski werkt voor de Universiteit van Galway en werkt regelmatig met ESO-faciliteiten.

Ubergeek Loves Coolblue

Zou je na het lezen van deze artikel een product willen aanschaffen?
Bezoek dan Coolblue en ontdek hun uitgebreide assortiment.