Astronomen die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, ontdekken dat planeten het moeilijk hebben om zich te vormen in het ruige centrale gebied van de massieve, drukke sterrenhoop Westerlund 2. Gelegen op 20, 000 lichtjaar verwijderd, Westerlund 2 is een uniek laboratorium om evolutionaire processen van sterren te bestuderen, omdat het relatief dichtbij is, vrij jong, en bevat een grote stellaire populatie.

Een drie jaar durende Hubble-studie van sterren in Westerlund 2 onthulde dat de voorlopers van planeetvormende schijven rond sterren nabij het centrum van de cluster op mysterieuze wijze verstoken zijn van grote, dichte stofwolken die in een paar miljoen jaar planeten zouden kunnen worden.

Echter, de waarnemingen laten zien dat sterren aan de rand van de cluster inderdaad de immense planeetvormende stofwolken in hun schijven hebben ingebed. Onderzoekers denken dat ons zonnestelsel dit recept volgde toen het 4,6 miljard jaar geleden werd gevormd.

Dus waarom hebben sommige sterren in Westerlund 2 het moeilijk om planeten te vormen en andere niet? Het lijkt erop dat planeetvorming afhankelijk is van de locatie, plaats, plaats. De zwaarste en helderste sterren in de cluster komen samen in de kern, wat wordt geverifieerd door waarnemingen van andere stervormingsgebieden. Het centrum van de cluster bevat minstens 30 extreem zware sterren, sommige wegen tot 80 keer de massa van de zon. Hun verschroeiende ultraviolette straling en orkaanachtige stellaire winden van geladen deeltjes blazen fakkelschijven rond naburige sterren met een lagere massa, het verspreiden van de gigantische stofwolken.

"In principe, als je monstersterren hebt, hun energie gaat de eigenschappen van de schijven in de buurt veranderen, minder zware sterren, " legde Elena Sabbi uit, van het Space Telescope Science Institute in Baltimore en hoofdonderzoeker van de Hubble-studie. "Misschien heb je nog een schijf, maar de sterren veranderen de samenstelling van het stof in de schijven, dus het is moeilijker om stabiele structuren te creëren die uiteindelijk naar planeten zullen leiden. We denken dat het stof ofwel in 1 miljoen jaar verdampt, of het verandert in samenstelling en grootte zo dramatisch dat planeten niet de bouwstenen hebben om te vormen."

De Hubble-waarnemingen vertegenwoordigen de eerste keer dat astronomen een extreem dichte sterrenhoop analyseerden om te bestuderen welke omgevingen gunstig zijn voor planeetvorming. wetenschappers, echter, discussiëren nog steeds over de vraag of grote sterren in het centrum worden geboren of dat ze daarheen migreren. Westerlund 2 heeft al massieve sterren in de kern, ook al is het een relatief jonge, 2 miljoen jaar oud systeem.

Met Hubble's Wide Field Camera 3, vonden de onderzoekers dat van de bijna 5, 000 sterren in Westerlund 2 met massa's tussen 0,1 en 5 keer de massa van de zon, 1, 500 van hen vertonen fluctuaties in hun licht wanneer de sterren materiaal van hun schijven verzamelen. Ronddraaiend materiaal dat in de schijf is samengeklonterd, zou tijdelijk een deel van het sterlicht blokkeren, helderheidsschommelingen veroorzaken.

Echter, Hubble ontdekte de signatuur van dergelijk materiaal dat in een baan om de aarde draait, alleen rond sterren buiten het volgepakte centrale gebied van de cluster. De telescoop was getuige van grote dalingen in helderheid gedurende wel 10 tot 20 dagen rond 5% van de sterren voordat ze terugkeerden naar de normale helderheid. Ze hebben deze dalingen in helderheid niet gedetecteerd in sterren die zich binnen vier lichtjaar van het centrum bevinden. Deze fluctuaties kunnen worden veroorzaakt door grote klonten stof die voor de ster passeren. De klonten zouden zich in een schijf bevinden die bijna op de rand van het zicht vanaf de aarde was gekanteld. "We denken dat het planetesimalen of structuren in formatie zijn, Sabbi legde uit. "Dit kunnen de zaden zijn die uiteindelijk leiden tot planeten in meer geëvolueerde systemen. Dit zijn de systemen die we niet in de buurt van zeer massieve sterren zien. We zien ze alleen in systemen buiten het centrum."

Dankzij Hubble, astronomen kunnen nu zien hoe sterren groeien in omgevingen die lijken op het vroege heelal, waar clusters werden gedomineerd door monstersterren. Tot dusver, de bekendste nabije stellaire omgeving die massieve sterren bevat, is het stergeboortegebied in de Orionnevel. Echter, Westerlund 2 is een rijker doelwit vanwege zijn grotere stellaire populatie.

"Hubble's waarnemingen van Westerlund 2 geven ons een veel beter beeld van hoe sterren met verschillende massa's in de loop van de tijd veranderen, en hoe krachtige winden en straling van zeer massieve sterren nabijgelegen sterren met een lagere massa en hun schijven beïnvloeden, " zei Sabbi. "We zien, bijvoorbeeld, dat lagere-massa sterren, zoals onze zon, die zich in de buurt van extreem massieve sterren in de cluster bevinden, hebben nog steeds schijven en kunnen nog steeds materiaal aangroeien terwijl ze groeien. Maar de structuur van hun schijven (en dus hun vermogen om planeten te vormen) lijkt heel anders te zijn dan die van schijven rond sterren die zich in een rustigere omgeving verder van de clusterkern vormen. Deze informatie is belangrijk voor het bouwen van modellen van planeetvorming en stellaire evolutie."

Dit cluster zal een uitstekend laboratorium zijn voor vervolgobservaties met NASA's aankomende James Webb Space Telescope, een infrarood observatorium. Hubble heeft astronomen geholpen bij het identificeren van de sterren met mogelijke planetaire structuren. Met Webb, onderzoekers kunnen bestuderen welke schijven rond sterren geen materiaal aangroeien en welke schijven nog materiaal bevatten dat zich zou kunnen ophopen in planeten. Deze informatie op 1, Met 500 sterren kunnen astronomen een pad in kaart brengen over hoe sterrenstelsels groeien en evolueren. Webb kan ook de chemie van de schijven in verschillende evolutionaire fasen bestuderen en kijken hoe ze veranderen, en helpen astronomen bepalen welke invloed de omgeving speelt in hun evolutie.

NASA's Nancy Grace Roman ruimtetelescoop, een ander gepland infraroodobservatorium, Sabbi's onderzoek op een veel groter gebied kunnen uitvoeren. Westerlund 2 is slechts een klein stukje van een immens stervormingsgebied. Deze uitgestrekte gebieden bevatten clusters van sterren met verschillende leeftijden en verschillende dichtheden. Astronomen zouden observaties van de Romeinse ruimtetelescoop kunnen gebruiken om statistieken op te bouwen over hoe de kenmerken van een ster, zoals zijn massa of uitstroom, invloed hebben op zijn eigen evolutie of op de aard van sterren die zich dichtbij vormen. De waarnemingen kunnen ook meer informatie opleveren over hoe planeten zich vormen in moeilijke omgevingen.

Sabbi's team's results appeared in The Astrofysisch tijdschrift .