Toen exoplaneetwetenschappers voor het eerst patronen ontdekten in schijven van stof en gas rond jonge sterren, ze dachten dat nieuw gevormde planeten de oorzaak zouden kunnen zijn. Maar een recente NASA-studie waarschuwt dat er een andere verklaring kan zijn - een die helemaal geen betrekking heeft op planeten.

Exoplaneetjagers kijken naar sterren voor een paar veelbetekenende tekenen dat er planeten in een baan om de aarde zijn, zoals veranderingen in de kleur en helderheid van het sterrenlicht. Voor jonge sterren, die vaak omgeven zijn door schijven van stof en gas, wetenschappers zoeken naar patronen in het puin, zoals ringen, bogen en spiralen - die kunnen worden veroorzaakt door een ronddraaiende wereld.

"We onderzoeken wat volgens ons de belangrijkste alternatieve kandidaat is voor de planeethypothese, dat is dat het stof en gas in de schijf de patronen vormen wanneer ze worden geraakt door ultraviolet licht, " zei Marc Kuchner, een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Kuchner presenteerde donderdag de bevindingen van de nieuwe studie, 11 januari op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in Washington. Een paper waarin de resultaten worden beschreven, is ingediend bij The Astrofysisch tijdschrift .

Wanneer hoogenergetisch UV-sterrenlicht stofkorrels raakt, het stript elektronen weg. Die elektronen botsen met en verhitten nabijgelegen gas. Terwijl het gas opwarmt, de druk neemt toe en het vangt meer stof op, die op zijn beurt meer gas verwarmt. De resulterende cyclus, de zogenaamde foto-elektrische instabiliteit (PeI), kan samenwerken met andere krachten om enkele van de kenmerken te creëren die astronomen eerder hebben geassocieerd met planeten in puinschijven.

Kuchner en zijn collega's ontwierpen computersimulaties om deze effecten beter te begrijpen. Het onderzoek werd geleid door Alexander Richert, een doctoraatsstudent aan Penn State in University Park, Pennsylvania, en omvat Wladimir Lyra, een professor in de astronomie aan de California State University, Northridge en onderzoeksmedewerker bij NASA's Jet Propulstion Laboratory in Pasadena, Californië. De simulaties werden uitgevoerd op het Discover supercomputing-cluster in het NASA Center for Climate Simulation in Goddard.

In 2013, Lyra en Kuchner suggereerden dat PeI de smalle ringen in sommige schijven zou kunnen verklaren. Hun model voorspelde ook dat sommige schijven bogen zouden hebben, of onvolledige ringen, die in 2016 voor het eerst direct werden waargenomen.

"Mensen modelleren deze systemen vaak met planeten, maar als je wilt weten hoe een schijf met een planeet eruitziet, je moet eerst weten hoe een schijf eruitziet zonder planeet, ' zei Richert.

Richert is hoofdauteur van de nieuwe studie, die voortbouwt op de eerdere simulaties van Lyra en Kuchner door een extra nieuwe factor op te nemen:stralingsdruk, een kracht veroorzaakt door sterrenlicht dat op stofkorrels valt.

Licht oefent een minieme fysieke kracht uit op alles wat het tegenkomt. Deze stralingsdruk stuwt zonnezeilen aan en helpt de staarten van kometen zo te richten dat ze altijd van de zon af wijzen. Dezelfde kracht kan stof in zeer excentrische banen duwen, en blaas zelfs enkele van de kleinere korrels helemaal uit de schijf.

De onderzoekers hebben gemodelleerd hoe stralingsdruk en PeI samenwerken om de beweging van stof en gas te beïnvloeden. Ze ontdekten ook dat de twee krachten verschillende patronen vertonen, afhankelijk van de fysieke eigenschappen van stof en gas.

De 2013-simulaties van PeI onthulden hoe stof en gas op elkaar inwerken om ringen en bogen te creëren, zoals die waargenomen rond de echte ster HD 141569A. Met de opname van stralingsdruk, de modellen van 2017 laten zien hoe deze twee factoren spiralen kunnen creëren zoals die ook rond dezelfde ster worden waargenomen. Hoewel planeten deze patronen ook kunnen veroorzaken, de nieuwe modellen laten zien dat wetenschappers moeten voorkomen dat ze conclusies trekken.

"Carl Sagan zei altijd dat buitengewone beweringen buitengewoon bewijs vereisen, "Zei Lyra. "Ik heb het gevoel dat we soms te snel overgaan op het idee dat de structuren die we zien worden veroorzaakt door planeten. Dat vind ik een buitengewone bewering. We moeten al het andere uitsluiten voordat we dat beweren."

Kuchner en zijn collega's zeiden dat ze andere parameters in hun simulaties zouden blijven meerekenen, zoals turbulentie en verschillende soorten stof en gas. Ze zijn ook van plan te modelleren hoe deze factoren kunnen bijdragen aan patroonvorming rond verschillende soorten sterren.