Een nieuw apparaat op de W.M. Keck Observatory in Hawaï heeft zijn eerste beelden afgeleverd, met een ring van planeetvormend stof rond een ster, en afzonderlijk, een koele, sterachtig lichaam, een bruine dwerg genoemd, liggend in de buurt van zijn begeleidende ster.

Het apparaat, een vortex-coronagraaf genoemd, is onlangs geïnstalleerd in NIRC2 (Near Infrared Camera 2), de werkpaard infrarood camera bij Keck. Het heeft het potentieel om planetenstelsels en bruine dwergen dichter bij hun gastheersterren in beeld te brengen dan enig ander instrument ter wereld.

"De vortex-coronagraaf stelt ons in staat om in de regio's rond sterren te kijken waar gigantische planeten zoals Jupiter en Saturnus zogenaamd worden gevormd, " zei Dmitri Mawet, onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory en Caltech, beide in Pasadena. "Voor nu, we konden alleen gasreuzen in beeld brengen die veel verder weg zijn geboren. Met de draaikolk, we zullen planeten zo dicht bij hun sterren kunnen zien draaien als Jupiter bij onze zon, of ongeveer twee tot drie keer dichterbij dan wat voorheen mogelijk was."

De nieuwe vortexresultaten worden gepresenteerd in twee artikelen, beide gepubliceerd in het januari 2017 nummer van de Astronomisch tijdschrift . een studie, onder leiding van Gene Serabyn van JPL, de algemene leiding van het Keck vortex-project, presenteert de eerste directe afbeelding van de bruine dwerg genaamd HIP79124 B. Deze bruine dwerg bevindt zich 23 astronomische eenheden van een ster (een astronomische eenheid is de afstand tussen onze zon en de aarde) in een nabijgelegen stervormingsgebied genaamd Scorpius-Centaurus.

"Het vermogen om heel dicht bij sterren te zien, stelt ons ook in staat om planeten rond verder verwijderde sterren te zoeken, waar de planeten en sterren dichter bij elkaar zouden verschijnen. Het vermogen om verre sterren te onderzoeken op planeten is belangrijk om planeten die zich nog vormen op te vangen. " zei Serabyn. Hij leidde ook een team dat een voorloper van het vortexapparaat op de Hale Telescope bij Caltech's Palomar Observatory testte, nabij San Diego. In 2010, het team maakte contrastrijke beelden van drie planeten die rond de verre uithoeken van het sterrenstelsel HR8799 draaien.

De tweede vortexstudie, onder leiding van Mawet, geeft een beeld van de binnenste van drie ringen van stoffige, planeetvormend materiaal rond de jonge ster genaamd HD141569A. De resultaten, in combinatie met infraroodgegevens van NASA's Spitzer- en WISE-missies, en de Herschel-missie van het Europees Ruimteagentschap, onthullen dat het planeetvormende materiaal van de ster bestaat uit kiezelachtige olivijnkorrels, een van de meest voorkomende silicaten in de aardmantel. De gegevens laten ook zien dat de temperatuur van de binnenste ring, afgebeeld door de vortex, ongeveer min 280 graden Fahrenheit (100 Kelvin, of min 173 graden Celsius), een beetje warmer dan onze asteroïdengordel.

"De drie ringen rond deze jonge ster zijn genest als Russische poppen en ondergaan dramatische veranderingen die doen denken aan planetaire vorming, " zei Mawet. "We hebben aangetoond dat silicaatkorrels zijn geagglomereerd tot kiezelstenen, die de bouwstenen zijn van planeetembryo's."

Over de vortex coronagraaf

De vortex werd in 2005 uitgevonden door Mawet terwijl hij aan de Universiteit van Luik in België was. De Keck vortex coronagraaf werd gebouwd door een combinatie van de Universiteit van Luik, Universiteit van Uppsala in Zweden, JPL en Caltech.

De eerste wetenschappelijke beelden en resultaten van het vortexinstrument tonen aan dat het in staat is planeetvormende gebieden in beeld te brengen die verborgen zijn onder de schittering van sterren. Sterren overtreffen planeten met een factor van een paar duizend tot een paar miljard, waardoor het schemerige licht van planeten erg moeilijk te zien is, vooral voor planeten die dicht bij hun sterren liggen. Om deze uitdaging aan te gaan, onderzoekers hebben instrumenten uitgevonden die coronagrafen worden genoemd, die meestal kleine maskers gebruiken om het sterrenlicht te blokkeren, net als het blokkeren van de felle zon met je hand of een autovizier om beter te zien.

Wat de vortex-coronagraaf uniek maakt, is dat hij het sterrenlicht niet blokkeert met een masker, maar in plaats daarvan leidt het licht weg van de detectoren met behulp van een techniek waarbij lichtgolven worden gecombineerd en opgeheven. Omdat de vortex geen verduisterend masker nodig heeft, het heeft het voordeel dat het opnamen maakt van gebieden die dichter bij de sterren liggen dan andere coronagrafen. Mawet vergelijkt het proces met het oog van een storm.

"Het instrument wordt een vortex-coronagraaf genoemd omdat het sterlicht is gecentreerd op een optische singulariteit, die een donker gat creëert op de plaats van het beeld van de ster, " zei Mawet. "Orkanen hebben een singulariteit in hun middelpunt waar de windsnelheid tot nul daalt - het oog van de storm. Onze vortex-coronagraaf is in feite het oog van een optische storm waar we het sterrenlicht naartoe sturen."

Wat volgt er voor de draaikolk?

In de toekomst, de vortex zal naar veel meer jonge planetenstelsels kijken, in het bijzonder planeten in de buurt van de "vorstlijnen, " wat het gebied rond een ster is waar de temperaturen koud genoeg zijn voor vluchtige moleculen, zoals water, methaan en koolstofdioxide, condenseren tot vaste ijzige korrels. Men denkt dat de vrieslijn een zonnestelsel verdeelt in gebieden waar planeten waarschijnlijk rotsachtige of gasreuzen worden. Onderzoeken van het vrieslijngebied door de vortex-coronagraaf zullen helpen bij het beantwoorden van lopende puzzels over een klasse van hete, reuzenplaneten die extreem dicht bij hun sterren zijn gevonden - de "hete Jupiters, " en "hete Neptunus." Vormden deze planeten eerst dicht bij de vrieslijn en migreerden ze naar binnen, of zijn ze vlak naast hun sterren gevormd? "Met een beetje geluk, we zouden planeten kunnen vangen tijdens het migreren door de planeetvormende schijf, door naar deze zeer jonge objecten te kijken, ' zei Mawet.

"De kracht van de vortex ligt in zijn vermogen om planeten heel dicht bij hun ster af te beelden, iets dat we nog niet kunnen doen voor aardachtige planeten, "zei Serabyn. "De vortex-coronagraaf kan de sleutel zijn tot het maken van de eerste beelden van een lichtblauwe stip zoals die van ons."