Je leest:

Exoplaneet verraadt zich door ‘karrespoor’

Exoplaneet verraadt zich door ‘karrespoor’

Auteur: | 7 september 2004

Aardse telescopen die nu in aanbouw zijn, met name ALMA, zullen planeten rond andere sterren veel makkelijker kunnen vinden dan tot nu toe werd aangenomen. Exoplaneten verraden zich doordat ze een duidelijk, ringvormig spoor trekken in de stofwolk die jonge sterren omhult.

De Leidse astrofysici Sijme-Jan Paardekooper en Garrelt Mellema ontdekten dit in verbeterde modelberekeningen aan zulke zonnestelsels-in-wording. Een zonnestelsel zoals het onze ontstaat, denkt men, uit de ronddraaiende schijf van gas en stof die overblijft nadat zich een nieuwe ster gevormd heeft – een scenario dat in essentie al is terug te voeren op de dit jaar 200 jaar geleden overleden Duitse filosoof Immanuel Kant.

Door toevallige botsingen zullen zich in de schijf enkele grotere brokken vormen, die door hun zwaartekracht tenslotte al het gas en stof in de schijf verzamelen, waarna een ster met een planetenstelsel overblijft. Rond veel jonge sterren zijn die schijven ook daadwerkelijk gezien, bijvoorbeeld met de Hubble Ruimte telescoop.

Anderzijds kennen we uit indirecte metingen ruim honderd sterren waar planeten omheen draaien, maar zonder schijf. Om Kants idee definitief te bewijzen en meer te leren over de vorming van planeten, zijn astronomen naarstig op zoek naar sterren met zowel een schijf als een of meer planeten, maar tot nu toe tevergeefs.

In principe moet dit mogelijk zijn, omdat een zware planeet de schijf over een groot gebied verstoort. Berekeningen hebben laten zien dat een planeet van het formaat Jupiter of nog zwaarder een ringvormig gat in de schijf maakt, als een karrespoor rond de ster.

Gesimuleerd bovenaanzicht van een zonnestelsel in wording. Links: het oude model, waarin gas en stof goed gemengd blijven. Rechts: volgens het nieuwe model onstaat een voor ALMA duidelijk zichtbaar spoor dat de baan van een jonge planeet rond z’n ster aftekent. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Probleem is, dat er nog geen telescopen zijn die in het bewuste golflengtegebied (ver-infrarood en millimeter-straling) scherp genoeg kunnen zien om zo’n karrespoor te onderscheiden. Onder meer om dit soort objecten in het vizier te krijgen, wordt momenteel in Chili de Atacama Large Millimeter Array (ALMA) gebouwd. Dit netwerk van 64 telescopen op 5000 meter hoogte, gezamenlijk te bouwen door de Europese astronomische organisatie ESO en de Verenigde Staten, moet over 5 jaar klaar zijn.

Maar zelfs ALMA, zo werd gedacht, kan slechts het karrespoor zien van een planeet minstens zo zwaar als Jupiter. De nieuwe modelberekeningen van Paardekooper en Mellema laten echter zien dat dit niet waar is. Zelfs een planeet als Neptunus, twintig keer lichter dan Jupiter, kan een voor ALMA waarneembaar spoor in de schijf produceren.

De te bouwen telescoop ALMA, 5000 meter hoog in de Chileense Atacama woestijn

Deze verbetering is een gevolg van het feit dat het gas en het stof in de schijf voor het eerst als aparte componenten beschouwd worden, die onder invloed van de rondcirkelende planeten een verschillende ruimtelijke verdeling kunnen krijgen In de eerdere modellen werd altijd aangenomen dat de stofdeeltjes en het gas perfect gemengd blijven. Maar met name voor de grotere stofdeeltjes van ongeveer een millimeter blijkt dat niet te gelden, en het is juist de infrarood-straling afkomstig van deze stofdeeltjes die ALMA zal gaan waarnemen.

Het verbeterde model levert langs de baan van de planeet een diep gat in de stofschijf op, en vlak daarbuiten een opeenhoping van stof. Zowel het gat als de ring moeten voor ALMA goed te zien zijn. Potentieel zal deze telescoop dus veel meer planeten in schijven kunnen ontdekken, van Neptunus (ongeveer 15 keer zo zwaar als de aarde) tot Jupiter (300 keer zo zwaar als de Aarde). Helaas verdwijnt het scheidingseffect weer voor planeten lichter dan ongeveer 10 keer de Aarde. Dus aardachtige planeten zullen op deze manier niet te vinden zijn.

De berekeningen laten nog iets curieus zien. De ring van stof die zich buiten de baan van de planeet vormt, ligt op dezelfde positie ten opzichte van de planeet als de Plutino’s ten opzichte van Neptunus. De Plutinos zijn een verzameling van ongeveer 250 kleine objecten – met als grootste de ‘planeet’ Pluto – die allemaal ongeveer in dezelfde baan rond de zon bewegen. Men heeft nooit goed begrepen waarom ze in deze banen en niet in andere zouden zitten. De berekeningen van Paardekooper en Mellema laten zien, dat Neptunus daar bij de vorming van ons zonnestelsel mogelijk een opeenhoping van stof heeft veroorzaakt, waaruit zich de Plutinos konden vormen.

Dit artikel is een publicatie van Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA).
© Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 september 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.