In de schijven van stof en gassen rond jonge sterren, mysterieuze structuren ontstaan. Samen met professor Ewine van Dishoeck, doctoraat student Paolo Cazzoletti onderzoekt hoe we deze vormen kunnen verklaren, zoals ringen, spiralen en gaten. Op 12 dec., hij zal zijn proefschrift verdedigen.

Sinds de ontdekking van de eerste exoplaneet in de jaren '90, er zijn meer dan 4000 exoplaneten gevonden. Planeten worden gevormd in protoplanetaire schijven rond jonge sterren. "Eerst, het stof klontert samen tot korrels die geleidelijk uitgroeien tot kiezelstenen en uiteindelijk tot rotsen en planeten, " vertelt Cazzoletti. "Als ze groot en zwaar genoeg zijn, ze kunnen gas van de schijf aantrekken en in sommige gevallen uitgroeien tot gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus."

Hoefijzers en bananen

In de eerste telescoopwaarnemingen, protoplanetaire schijven leken glad en symmetrisch. Maar dit veranderde ongeveer zeven jaar geleden. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) radiotelescoop in Chili, astronomen waren in staat om de schijven in meer detail te observeren. "Deze waarnemingen toonden aan dat ze niet symmetrisch en glad zijn, " zegt Cazzoletti. "We zagen structuren en vormen, zoals gaten, ringen en hoef- en banaanvormige onderconstructies. Dat was een verrassing."

De meest genoemde verklaring hiervoor is de aanwezigheid van één of meerdere planeten. Deze kunnen interageren met het stof en gas in de schijf, het creëren van de structuren. Maar er zijn minder planeten gevonden dan nodig is om alle stof- en gasstructuren te verklaren. Cazzoletti:"Dit maakt de structuren mysterieuzer. We moesten op zoek naar andere verklaringen."

Stofwervelingen

In zijn onderzoek naar verklaringen voor de structuren, Cazzoletti bouwt voort op zijn masterthesis. "Ik ben al een tijdje geïnteresseerd in deze planeetschijven, ' zegt hij. 'En de kennis uit mijn masteronderzoek bleek goed aan te sluiten bij de eerste twee hoofdstukken van mijn scriptie.'

Voor zijn doctoraat, hij studeerde, onder andere, ALMA-waarnemingen van HD 135344B, een schijf rond een jonge ster. Deze schijf is niet symmetrisch. Aan de zuidkant bevindt zich een banaanvormige structuur. Het ziet eruit als een soort stofvortex. Verder, kleine stofdeeltjes in de bovenste laag van de schijf vormen spiraalarmen. Astronomen dachten aanvankelijk dat deze werden veroorzaakt door de aanwezigheid van planeten in het buitenste gebied van de schijf. Maar er werden geen planeten gevonden. Cazzoletti beschrijft in zijn proefschrift hoe de spiraalarmen kunnen worden gecreëerd door de asymmetrische stofvortex. Als dat het geval is, slechts één planeet, dicht bij de ster, is nodig om de rest van de waargenomen structuur te verklaren.

Gaten of geen gaten?

Naast dit observatiewerk, Cazzoletti deed ook theoretisch onderzoek om ringvormige structuren in het gas van protoplanetaire schijven te verklaren. Voor dit doeleinde, hij concentreerde zich op cyanidemoleculen. "Er zijn twee mogelijkheden waarmee we deze ringvormige gasstructuren zien, " zegt Cazzoletti. "Het kan worden veroorzaakt door een ringvormig gat in de schijf.

Of er is geen gat, maar er lijkt alleen een gat te zijn vanwege de chemie van de cyanidemoleculen en de manier waarop ze licht uitstralen." Door theoretische modellen te analyseren, hij ontdekte dat de waargenomen ringvormen niet gerelateerd zijn aan de vorm van de stofschijf. "Het zijn vooral chemische gaten omdat er minder cyanide is in de buurt van de moederster."

Meer kennis over exoplaneten

Cazzoletti's Ph.D. onderzoek draagt ​​bij aan een beter begrip van de manier waarop structuren in protoplanetaire schijven ontstaan. Met deze kennis, astronomen hopen in de toekomst te ontdekken hoe de structuren zich verhouden tot de vorming van planeten en de diversiteit van exoplanetaire systemen die de afgelopen vijfentwintig jaar zijn waargenomen.

Zelf zet Cazzoletti dit onderzoek niet voort. Astronomen zijn zeer gewild als datawetenschappers in allerlei organisaties. Sinds begin november is Cazzoletti heeft zijn kennis van data-analyse ingezet als datawetenschapper bij het Italiaanse bedrijf Prometeia.