ALMA ontdekt kometenfabriek
Astronomen hebben met behulp van ALMA een gebied rond een jonge ster in beeld gebracht waar stofdeeltjes kunnen groeien. Het is voor het eerst dat zo’n ‘stofval’ duidelijk is geïdentificeerd. In een stofval kunnen minuscule stofdeeltjes in schijven rond sterren zo groot worden dat ze uiteindelijk kometen, planeten en andere rotsachtige lichamen kunnen vormen. De resultaten van het onderzoek onder leiding van de Leidse promovenda Nienke van der Marel verschijnen op 7 juni in Science.
Planeetvormingsraadsel
Astronomen weten inmiddels dat planeten bij andere sterren talrijk zijn, maar ze begrijpen nog niet helemaal hoe ze ontstaan. Computermodellen wijzen erop dat stofdeeltjes groeien wanneer ze met elkaar in botsing komen en aan elkaar vast blijven plakken. Maar als deze grotere korrels weer met hoge snelheid botsen, spatten ze vaak uiteen. En zelfs wanneer dit niet gebeurt, zouden de grotere deeltjes volgens de modellen door de wrijving met het stof en gas in de schijf snel naar binnen toe migreren en op hun moederster vallen vóórdat ze nog groter zijn geworden.
Op de een of andere manier moet er dus een veilige haven bestaan waar de stofdeeltjes kunnen blijven groeien totdat ze groot genoeg zijn om zelfstandig te kunnen overleven. Het bestaan van dergelijke ‘stofvallen’ was al geopperd, maar tot nu toe waren ze nog nooit waargenomen.
Structuur van stofval
Nienke van der Marel, NOVA-promovenda aan de Sterrewacht Leiden en eerste auteur van het Science-artikel, heeft samen met haar teamleden ALMA (de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ingezet om de schijf rond de ster Oph-IRS 48 te onderzoeken. Daarbij ontdekten ze dat de ster is omgeven door een ring van gas met een centraal gat dat waarschijnlijk is schoongeveegd door een (nog) niet waarneembare planeet of begeleidende ster. Eerdere waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope hadden al laten zien dat ook kleine stofdeeltjes zo’n ringstructuur hebben gevormd. Maar uit de nieuwe ALMA-gegevens blijkt dat grotere stofdeeltjes, met afmetingen van millimeters, een heel andere verdeling laten zien.
“Aanvankelijk kwam de asymmetrische vorm van het stof op de opname als een complete verrassing”, zegt Van der Marel. “In plaats van de verwachte ring zagen we een duidelijke cashewnootvorm.” Deze structuur is een gebied waar grotere stofdeeltjes als het ware in de val lopen en door onderlinge botsingen veel groter kunnen worden – precies waar theoretici naar op zoek waren. “We kijken waarschijnlijk naar een soort kometenfabriek, want de omstandigheden maken het mogelijk dat de deeltjes tot komeetafmetingen uitgroeien. In de nabije toekomst zal ALMA in staat zijn om stofvallen dichter bij hun moedersterren te ontdekken, waar dezelfde mechanismen aan het werk zijn. Zulke stofvallen kunnen de kraamkamers van nieuwe planeten vormen.”
Een stofval ontstaat wanneer grotere stofdeeltjes in de richting van gebieden van hogere druk bewegen. Computermodellen hebben laten zien dat zo’n ‘hogedrukgebied’ kan ontstaan door de bewegingen van het gas aan de rand van een gat – precies zoals dat ook in deze schijf te zien is. “De combinatie van modelberekeningen en nauwkeurige ALMA-waarnemingen maakt dit tot een uniek project”, zegt teamlid Cornelis Dullemond van het Instituut voor Theoretische Astrofysica in Heidelberg.
Baanbrekende wetenschap
Voor de waarnemingen is gebruik gemaakt van de ALMA Band 9-ontvangers – instrumenten van Nederlandse makelij die de tot nu toe scherpste ALMA-opnamen konden produceren. “De ongelooflijke sprong in zowel gevoeligheid als beeldscherpte in Band 9 biedt ons de mogelijkheid om basisaspecten van planeetvorming te onderzoeken op manieren die eerder onmogelijk waren”, zegt de Leidse hoogleraar Ewine van Dishoeck, die al gedurende meer dan twintig jaar belangrijke bijdragen aan het ALMA-project heeft geleverd. “Deze waarnemingen tonen aan dat ALMA, zelfs met minder dan de helft van de complete array, in staat is tot baanbrekende wetenschap.”