"Superaarden" en planeten ter grootte van Neptunus zouden zich in veel grotere aantallen rond jonge sterren kunnen vormen dan wetenschappers dachten, nieuw onderzoek door een internationaal team van astronomen suggereert.

Het observeren van een steekproef van jonge sterren in een stervormingsgebied in het sterrenbeeld Stier, onderzoekers ontdekten dat veel van hen omgeven waren door structuren die het best kunnen worden verklaard als sporen die zijn gecreëerd door onzichtbare, jonge planeten in de maak. Het onderzoek, gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift , helpt wetenschappers beter te begrijpen hoe ons eigen zonnestelsel is ontstaan.

Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, ons zonnestelsel was een kolkende, golvende werveling van gas en stof rond onze pasgeboren zon. In de vroege stadia, deze zogenaamde protoplanetaire schijf had geen waarneembare kenmerken, maar snel, delen ervan begonnen samen te smelten tot klonten materie - de toekomstige planeten. Terwijl ze tijdens hun reis rond de zon nieuw materiaal oppikten, ze groeiden en begonnen patronen van gaten en ringen te ploegen in de schijf waaruit ze gevormd waren. Overuren, de stoffige schijf maakte plaats voor de relatief ordelijke opstelling die we vandaag kennen, bestaande uit planeten, manen, asteroïden en af ​​en toe een komeet.

Wetenschappers baseren dit scenario van hoe ons zonnestelsel is ontstaan ​​op observaties van protoplanetaire schijven rond andere sterren die jong genoeg zijn om op dit moment planeten te baren. Met behulp van de Atacama Large Millimeter Array, of ALMA, bestaande uit 45 radioantennes in de Atacama-woestijn in Chili, het team voerde een onderzoek uit naar jonge sterren in het stervormingsgebied Taurus, een enorme wolk van gas en stof op een bescheiden 450 lichtjaar van de aarde. Toen de onderzoekers 32 sterren in beeld brachten omringd door protoplanetaire schijven, ze ontdekten dat 12 van hen - 40 procent - ringen en gaten hebben, structuren die volgens de metingen en berekeningen van het team het best kunnen worden verklaard door de aanwezigheid van opkomende planeten.

"Dit is fascinerend omdat het de eerste keer is dat statistieken over exoplaneten, die suggereren dat superaarde en Neptunus het meest voorkomende type planeten zijn, samenvallen met waarnemingen van protoplanetaire schijven, " zei de hoofdauteur van de krant, Feng Lang, een doctoraalstudent aan het Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics aan de Peking University in Peking, China.

Hoewel sommige protoplanetaire schijven uniform lijken, pannenkoekachtige objecten zonder kenmerken of patronen, concentrische heldere ringen gescheiden door gaten zijn waargenomen, maar aangezien eerdere onderzoeken zich hebben gericht op de helderste van deze objecten omdat ze gemakkelijker te vinden zijn, het was onduidelijk hoe vaak schijven met ring- en spleetstructuren werkelijk in het universum voorkomen. Deze studie presenteert de resultaten van het eerste onbevooroordeelde onderzoek in die zin dat de doelschijven onafhankelijk van hun helderheid werden geselecteerd, met andere woorden, de onderzoekers wisten niet of een van hun doelen ringstructuren had toen ze ze voor het onderzoek selecteerden.

"De meeste eerdere waarnemingen waren gericht op het detecteren van de aanwezigheid van zeer massieve planeten, waarvan we weten dat ze zeldzaam zijn, die grote inwendige gaten of gaten in heldere schijven had uitgehouwen, " zei Paola Pinilla, de tweede auteur van de krant, een NASA Hubble Fellow aan het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona. "Hoewel massieve planeten waren afgeleid in sommige van deze heldere schijven, er was weinig bekend over de zwakkere schijven."

Het team, waaronder ook Nathan Hendler en Ilaria Pascucci van het Lunar and Planetary Laboratory van de UA, heeft de eigenschappen van ringen en gaten gemeten die met ALMA zijn waargenomen en de gegevens geanalyseerd om mogelijke mechanismen te evalueren die de waargenomen ringen en gaten zouden kunnen veroorzaken. Hoewel deze structuren kunnen worden uitgehouwen door planeten, eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat ze ook door andere effecten kunnen worden gecreëerd. In een algemeen voorgesteld scenario, zogenaamde ijslijnen, veroorzaakt door veranderingen in de chemie van de stofdeeltjes over de schijf als reactie op de afstand tot de gastster en het magnetische veld ervan, creëren drukvariaties over de schijf. Deze effecten kunnen variaties in de schijf creëren, manifesteren als ringen en gaten.

De onderzoekers voerden analyses uit om deze alternatieve verklaringen te testen en konden geen correlaties vaststellen tussen stellaire eigenschappen en de patronen van gaten en ringen die ze waarnamen.

"We kunnen daarom het algemeen voorgestelde idee uitsluiten dat ijslijnen de ringen en gaten veroorzaken, Pinilla zei. "Onze bevindingen laten ontluikende planeten achter als de meest waarschijnlijke oorzaak van de patronen die we hebben waargenomen, hoewel er mogelijk ook andere processen aan het werk zijn."

Omdat het onmogelijk is om de afzonderlijke planeten rechtstreeks te detecteren vanwege de overweldigende helderheid van de moederster, het team voerde berekeningen uit om een ​​idee te krijgen van de soorten planeten die zich in het stervormingsgebied van de Stier zouden kunnen vormen. Volgens de bevindingen, Gasplaneten ter grootte van Neptunus of zogenaamde superaardes - terrestrische planeten met een massa van maximaal 20 aardmassa's - zouden de meest voorkomende moeten zijn. Slechts twee van de waargenomen schijven kunnen mogelijk kolossen herbergen die rivaliseren met Jupiter, de grootste planeet in het zonnestelsel.

"Aangezien de meeste van de huidige onderzoeken naar exoplaneten niet door het dikke stof van protoplanetaire schijven kunnen dringen, alle exoplaneten, op één uitzondering na, zijn gedetecteerd in meer ontwikkelde systemen waar een schijf niet langer aanwezig is, ' zei Pinilla.

Vooruit gaan, de onderzoeksgroep is van plan om de antennes van ALMA verder uit elkaar te plaatsen, wat de resolutie van de array zou moeten verhogen tot ongeveer vijf astronomische eenheden (één AU is gelijk aan de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon), en om de antennes gevoelig te maken voor andere frequenties die gevoelig zijn voor andere soorten stof.

"Onze resultaten zijn een opwindende stap in het begrijpen van deze belangrijke fase van planeetvorming, "Lang zei, "en door deze aanpassingen te maken, we hopen de oorsprong van de ringen en gaten beter te begrijpen."