Veel planetenstelsels verdampen vroegtijdig als sneeuw voor de zon
Bij de geboorte van sterren ontstaan grote stof- en gaswolken, zogenaamde circumstellaire schijven. Uit onderzoek van promovenda Francisca Concha-Ramírez blijkt dat de hevige straling van naburige sterren het stof in deze schijven snel verdampt. Die straling maakt vaak al in een vroeg stadium korte metten met de mogelijkheid tot planeetvorming. Promotie op 6 april.
Wie heeft er niet ’s nachts naar de sterrenhemel gestaard en zich afgevraagd hoe wij zijn ontstaan? Het promotieonderzoek van Francisca Concha-Ramírez is een puzzelstukje van het antwoord op deze vraag. Zij bestudeerde namelijk circumstellaire schijven, verre voorlopers van planetenstelsels. ‘Dit zijn enorme ronddraaiende platen met gas en stof, die zich ontwikkelen rond jonge sterren. Het stof in deze schijven kan uiteindelijk planeten vormen. Maar wanneer er sterren in de buurt zijn, wordt het stof zeer snel verdampt. Planeetvorming moet dus gebeuren voordat het stof is vernietigd.’
Moeilijke berekeningen
Met behulp van simulaties berekende Concha-Ramírez onder meer de massa van duizenden schijven. De massa staat voor een groot deel gelijk aan de hoeveelheid stof in een schijf. Hierbij moest met alle interacties tussen de schijven en sterren rekening gehouden worden, en daar waren dus ontzettend zware berekeningen voor nodig. ‘Onze berekeningen waren zo complex dat we toegang tot de Nederlandse Nationale supercomputer Cartesius moesten vragen’, vertelt ze. ‘En zelfs met een krachtige computer zoals deze, duurde het twee weken voordat we resultaat hadden.’
Lichtverdamping
De uitkomsten van de simulaties werden vervolgens vergeleken met observaties, zoals foto’s gemaakt van het sterrenbeeld Orion. ‘Onze simulaties kwamen overeen met de observaties. We zagen dat schijven met veel sterren in de buurt lichter waren dan schijven met weinig buursterren. De straling van sterren verdampt het stof in de schijven. Dit proces noemen we ook wel foto-verdamping. Foto-verdamping is de grootste oorzaak van de gewichtsafname van schijven.’
-
Foto's van circumstellaire schijven gemaakt door de Hubble telescoop. De 'komeetachtige' staart is stof dat verdampt. Beeld: NASA/ESA and L. Ricci (ESO) -
Concha-Ramírez simuleerde een gebied met veel sterren, zoals de Trapezium Cluster. De Trapezium Cluster bevindt zich in de Orionnevel. Beeld: K.L. Luhman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Mass.); en G. Schneider, E. Young, G. Rieke, A. Cotera, H. Chen, M. Rieke, R. Thompson (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Ariz.) and NASA/ESA -
De Orionnevel in het sterrenbeeld Orion. Beeld: NASA, ESA, M. Robberto ( Space Telescope Science Institute/ESA) en the Hubble Space Telescope Orion Treasury Project Team
Kosmische aanvaring
De resultaten van het onderzoek van Concha-Ramírez hebben interessante gevolgen voor onze ideeën over de oorsprong van ons zonnestelsel. Om te kunnen ontwikkelen tot wat het nu is, moet er in de vroege levensjaren iets gebeurd zijn waardoor ons zonnestelsel heeft weten te ontsnappen aan de felle straling van andere sterren. ‘Mogelijk heeft er een botsing plaatsgevonden tussen onze circumstellaire schijf (die later het zonnestelsel vormde) en een andere schijf’, speculeert Concha-Ramírez. ‘Een bewijs hiervoor zien we aan de buitenkant van ons zonnestelsel, in de buurt van de planeet Neptunes. In die regio zijn er opeens veel minder asteroïden. Een andere schijf heeft wellicht materiaal weggepakt. En dan is er nog een andere interessante aanwijzing voor een botsing tussen schijven: asteroïden die, ten opzichte van de aarde, in een afwijkend vlak rond de zon bewegen. Deze asteroïden komen vermoedelijk uit een andere schijf.’
‘Zoeken naar antwoorden is onderdeel van mens zijn. Ik hou van astronomie en om het met anderen te delen’
Wetenschapspopularisering
Concha-Ramírez beseft maar al te goed dat ze niet de enige is die vragen heeft over het heelal. Ze praat graag over astronomie in haar Spaanstalige blog en podcasts, met duizenden lezers en luisteraars. Ook was ze nauw betrokken bij de oprichting van Astronomy on Tap, een initiatief van astronomielezingen in Grand Café de Burcht in Leiden. ‘Zoeken naar antwoorden is onderdeel van mens zijn. Ik hou van astronomie en om het met anderen te delen’, legt ze uit. ‘Veel mensen denken dat ze niet slim genoeg zijn om astronomie te begrijpen. Daar denk ik echt anders over. Alles kan op een begrijpbare manier uitgelegd worden, aan iedereen.’
Tekst: Julian Vlasblom