Persbericht

ALMA ontdekt kometenfabriek

Nieuwe waarnemingen van een 'stofval' rond een jonge ster lossen oud planeetvormingsraadsel op

6 juni 2013

Astronomen hebben met behulp van de nieuwe Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) een gebied rond een jonge ster in beeld gebracht waar stofdeeltjes kunnen groeien door samen te klonteren. Het is voor het eerst dat zo’n 'stofval' duidelijk is waargenomen. Het onderzoek beantwoordt de al lang bestaande vraag hoe de stofdeeltjes in schijven rond sterren zo groot kunnen worden dat ze uiteindelijk kometen, planeten en andere rotsachtige lichamen kunnen vormen. De resultaten verschijnen op 7 juni 2013 in het tijdschrift Science.

Astronomen weten inmiddels dat planeten bij andere sterren talrijk zijn, maar ze begrijpen nog niet helemaal hoe ze ontstaan. Veel aspecten van de vorming van kometen, planeten en andere rotsachtige lichamen zijn nog raadselachtig. Dankzij nieuwe waarnemingen met ALMA is nu een van de grootste vraagstukken opgelost: hoe kunnen de minuscule stofdeeltjes in de schijf rond een jonge ster steeds groter worden, en uitgroeien tot gruis en zelfs metersgrote rotsblokken? 

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 zijn ze terug bij af. 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 [1]. Het bestaan van dergelijke 'stofvallen' was al geopperd, maar tot nu toe waren ze nog nooit waargenomen.

Nienke van der Marel, promovendus aan de Sterrewacht Leiden en hoofdauteur van het Science-artikel, heeft samen met haar teamleden ALMA ingezet om de schijf rond de ster Oph-IRS 48 [2] te onderzoeken. Daarbij is ontdekt 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 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! We moesten onszelf ervan overtuigen dat deze structuur echt was, maar het sterke signaal en de scherpte van de ALMA-waarnemingen lieten geen ruimte voor twijfel. Toen beseften we wat we ontdekt hadden.'

Ontdekt was een gebied waar grotere stofdeeltjes als het ware in de val lopen en door onderlinge botsingen veel groter kunnen worden. Het was een stofval – precies waar theoretici naar op zoek waren. 

Zoals Van der Marel uitlegt: 'We kijken waarschijnlijk naar een soort kometenfabriek, want de omstandigheden maken het mogelijk dat de deeltjes tot komeetafmetingen uitgroeien. Het is niet waarschijnlijk dat het op deze afstand van de ster tot de vorming van volgroeide planeten komt. Maar 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 zouden werkelijk de kraamkamers van nieuwe planeten zijn.' 

Een stofval ontstaat als 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, Duitsland, die een expert is op het gebied van stofevolutie en schijfmodellering. 'Rond de tijd dat deze waarnemingen werden verkregen, werkten we aan modellen die precies dit soort structuren voorspelden: een heel gelukkig toeval.'

De waarnemingen werden gedaan toen de ALMA-array nog in aanbouw was. Daarbij is gebruik gemaakt van de ALMA Band 9-ontvangers [3] – instrumenten van Europese makelij die de tot nu toe scherpste ALMA-opnamen kunnen produceren.

'Deze waarnemingen tonen aan dat ALMA, zelfs met minder dan de helft van de complete array, in staat is om baanbrekende wetenschap af te leveren,' zegt Ewine van Dishoeck van de Sterrewacht Leiden, die meer dan twintig jaar belangrijke bijdragen aan het ALMA-project heeft geleverd. 'De ongelooflijke sprong in zowel gevoeligheid als beeldscherpte in Band 9 biedt ons de mogelijkheid om basisaspecten van de planeetvorming te onderzoeken op manieren die eerder onmogelijk waren.'

Noten

[1] De oorzaak van de stofval, in dit geval een werveling in het gas van de schijf, heeft een karakteristieke levensduur van enkele honderdduizenden jaren. Zelfs wanneer de stofval niet meer functioneert duurt het miljoenen jaren voor het daarin verzamelde stof zich kan verspreiden. Dat geeft de stofdeeltjes genoeg tijd om verder te groeien.

[2] Deze naam is een combinatie van de naam van het sterrenbeeld waarin het stervormingsgebied is aangetroffen en de soort bron. 'Oph' staat voor Ophiuchus (Slangendrager) en 'IRS' voor infraroodbron. Oph-IRS 48 bevindt zich op een afstand van ongeveer 400 lichtjaar.

[3] ALMA kan in verschillende frequentiebanden waarnemen. Band 9, die golflengten van 0,4 tot 0,5 millimeter omvat, is de modus waarin de scherpste opnamen van dit moment kunnen worden gemaakt.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A major asymmetric dust trap in a transition disk’, door Van der Marel et al, dat op 7 juni 2013 in het tijdschrift Science verschijnt. 

Het onderzoeksteam bestaat uit Nienke van der Marel (Sterrewacht Leiden), Ewine F. van Dishoeck (Sterrewacht Leiden; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching, Duitsland [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, VS [CfA]), Paola Pinilla (Universität Heidelberg, Heidelberg, Duitsland), Cornelis P. Dullemond (Universität Heidelberg), Tim A. van Kempen (Sterrewacht Leiden; Joint ALMA Offices, Santiago, Chili), Markus Schmalzl (Sterrewacht Leide), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Universiteit van Peking, Beijing, China), Geoffrey S. Mathews (Sterrewacht Leiden) en Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Ierland).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Foto’s van ALMA
• Opnamen die met ALMA zijn gemaakt 
• Persberichten over ALMA

Contact

Nienke van der Marel
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 8472
Mob: +31 62 268 4136
E-mail: nmarel@strw.leidenuniv.nl

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5814
E-mail: ewine@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media