Een internationaal team van astronomen heeft met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de eerste volledige millimetergolflengte-opname gemaakt van de ring van stoffig puin rond de jonge ster Fomalhaut. Deze opmerkelijk goed gedefinieerde band van puin en gas is waarschijnlijk het resultaat van exokometen die op 25 lichtjaar van de aarde samensmelten nabij de buitenranden van een planetair systeem.

Eerdere ALMA-waarnemingen van Fomalhaut, gemaakt in 2012, toen de telescoop nog in aanbouw was, onthulden slechts ongeveer de helft van de puinschijf. Hoewel deze eerste afbeelding slechts een test was van ALMA's aanvankelijke capaciteiten, het leverde niettemin verleidelijke hints op over de aard en mogelijke oorsprong van de schijf.

De nieuwe ALMA-waarnemingen bieden een verbluffend compleet beeld van deze gloeiende band van puin en suggereren ook dat er chemische overeenkomsten zijn tussen de ijzige inhoud en kometen in ons eigen zonnestelsel.

"ALMA heeft ons dit verbluffend heldere beeld gegeven van een volledig gevormde puinschijf, " zei Meredith MacGregor, een astronoom aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massa., en hoofdauteur van een van de twee artikelen die zijn geaccepteerd voor publicatie in de Astrofysisch tijdschrift deze waarnemingen beschrijven. "We kunnen eindelijk de goed gedefinieerde vorm van de schijf zien, die ons veel kan vertellen over het onderliggende planetaire systeem dat verantwoordelijk is voor zijn zeer onderscheidende uiterlijk."

Fomalhaut is een relatief dichtbij gelegen sterrenstelsel en een van de slechts ongeveer 20 waarin planeten rechtstreeks zijn afgebeeld. Het hele systeem is ongeveer 440 miljoen jaar oud, of ongeveer een tiende van de leeftijd van ons zonnestelsel.

Zoals blijkt uit de nieuwe ALMA-afbeelding, een schitterende band van ijzig stof van ongeveer 2 miljard kilometer breed heeft zich op ongeveer 20 miljard kilometer van de ster gevormd.

Puinschijven zijn veelvoorkomende kenmerken rond jonge sterren en vertegenwoordigen een zeer dynamische en chaotische periode in de geschiedenis van een zonnestelsel. Astronomen denken dat ze zijn gevormd door de voortdurende botsingen van kometen en andere planetesimalen in de buitenste regionen van een recent gevormd planetenstelsel. Het overgebleven puin van deze botsingen absorbeert het licht van de centrale ster en straalt die energie opnieuw uit als een zwakke millimetergolflengte die met ALMA kan worden bestudeerd.

Met behulp van de nieuwe ALMA-gegevens en gedetailleerde computermodellering, konden de onderzoekers de exacte locatie berekenen, breedte, en geometrie van de schijf. Deze parameters bevestigen dat zo'n smalle ring waarschijnlijk wordt geproduceerd door de zwaartekracht van planeten in het systeem, merkte MacGregor op.

De nieuwe ALMA-waarnemingen zijn ook de eerste die definitief "apocentergloed, " een fenomeen voorspeld in een artikel uit 2016 door Margaret Pan, een wetenschapper aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, die ook co-auteur is van de nieuwe ALMA-papers. Zoals alle objecten met langwerpige banen, het stoffige materiaal in de Fomalhaut-schijf reist langzamer wanneer het het verst van de ster verwijderd is. Terwijl het stof vertraagt, het stapelt zich op, vormen dichtere concentraties in de meer afgelegen delen van de schijf. Deze dichte gebieden kunnen door ALMA worden gezien als een helderdere emissie op millimetergolflengten.

Met dezelfde ALMA-dataset, maar focussen op verschillende millimetergolflengtesignalen die van nature worden uitgezonden door moleculen in de ruimte, de onderzoekers ontdekten ook enorme voorraden koolmonoxidegas op precies dezelfde locatie als de puinschijf.

"Deze gegevens stelden ons in staat om te bepalen dat de relatieve hoeveelheid koolmonoxide plus kooldioxide rond Fomalhaut ongeveer hetzelfde is als die in kometen in ons eigen zonnestelsel, " zei Luca Matrà van de Universiteit van Cambridge, VK, en hoofdauteur van de tweede paper van het team. "Deze chemische verwantschap kan wijzen op een overeenkomst in komeetvormingsomstandigheden tussen de buitenste regionen van dit planetenstelsel en het onze." Matrà en zijn collega's denken dat dit gas ofwel vrijkomt bij voortdurende komeetbotsingen of het resultaat is van een enkele, grote impact tussen supercometen die honderden keren zwaarder zijn dan Hale-Bopp.

De aanwezigheid van deze goed gedefinieerde puinschijf rond Fomalhaut, samen met zijn merkwaardig vertrouwde chemie, kan erop wijzen dat dit systeem zijn eigen versie van het Late Heavy Bombardement ondergaat, een periode van ongeveer 4 miljard jaar geleden toen de aarde en andere planeten routinematig werden getroffen door zwermen asteroïden en kometen die waren overgebleven van de vorming van ons zonnestelsel.

"Twintig jaar geleden, de beste millimetergolflengtetelescopen gaven de eerste vage kaarten van zandkorrels in een baan om Fomalhaut. Nu met de volledige mogelijkheden van ALMA is de hele ring van materiaal in beeld gebracht, " concludeerde Paul Kalas, een astronoom aan de Universiteit van Californië in Berkeley en hoofdonderzoeker van deze waarnemingen. "Op een dag hopen we de planeten te ontdekken die de banen van deze korrels beïnvloeden."