Een internationaal team van astronomen heeft met twee van de krachtigste radiotelescopen ter wereld meer dan driehonderd afbeeldingen gemaakt van planeetvormende schijven rond zeer jonge sterren in de Orion Clouds. Deze beelden onthullen nieuwe details over de geboorteplaatsen van planeten en de vroegste stadia van stervorming.

De meeste sterren in het heelal worden vergezeld door planeten. Deze planeten worden geboren in ringen van stof en gas, protoplanetaire schijven genoemd. Zelfs zeer jonge sterren worden omringd door deze schijven. Astronomen willen precies weten wanneer deze schijven zich beginnen te vormen, en hoe ze eruit zien. Maar jonge sterren zijn erg zwak, en er zijn dichte wolken van stof en gas die hen omringen in stellaire kraamkamers. Alleen zeer gevoelige arrays van radiotelescopen kunnen de kleine schijfjes rond deze jonge sterren te midden van het dicht opeengepakte materiaal in deze wolken zien.

Voor dit nieuwe onderzoek astronomen wezen zowel de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) als de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) van de National Science Foundation op een gebied in de ruimte waar veel sterren worden geboren:de Orion Molecular Clouds. Deze enquête, genaamd VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), is het grootste onderzoek naar jonge sterren en hun schijven tot nu toe.

Zeer jonge sterren, ook wel protosterren genoemd, vormen in wolken van gas en stof in de ruimte. De eerste stap in de vorming van een ster is wanneer deze dichte wolken door de zwaartekracht instorten. Terwijl de wolk instort, het begint te draaien en vormt een afgeplatte schijf rond de protoster. Materiaal van de schijf blijft de ster voeden en laten groeien. Eventueel, het overgebleven materiaal in de schijf zal naar verwachting planeten vormen.

Veel aspecten van deze eerste stadia van stervorming, en hoe de schijf zich vormt, zijn nog onduidelijk. Maar dit nieuwe onderzoek levert enkele ontbrekende aanwijzingen op toen de VLA en ALMA door de dichte wolken tuurden en honderden protosterren en hun schijven in verschillende stadia van hun vorming observeerden.

Jonge planeetvormende schijven

"Dit onderzoek onthulde de gemiddelde massa en grootte van deze zeer jonge protoplanetaire schijven, " zei John Tobin van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Charlottesville, Virginia, en leider van het onderzoeksteam. "We kunnen ze nu vergelijken met oudere schijven die ook intensief met ALMA zijn onderzocht."

Wat Tobin en zijn team vonden, is dat zeer jonge schijven even groot kunnen zijn, maar zijn gemiddeld veel massiever dan oudere schijven. "Als een ster groeit, het vreet steeds meer materiaal van de schijf weg. Dit betekent dat jongere schijven veel meer grondstof bevatten waaruit planeten zouden kunnen worden gevormd. Mogelijk beginnen zich al grotere planeten te vormen rond zeer jonge sterren."

Vier speciale protosterren

Onder honderden enquêtebeelden, vier protosterren zagen er anders uit dan de rest en trokken de aandacht van de wetenschappers. "Deze pasgeboren sterren zagen er erg onregelmatig en bobbelig uit, " zei teamlid Nicole Karnath van de Universiteit van Toledo, Ohio (nu bij SOFIA Science Center). "We denken dat ze zich in een van de vroegste stadia van stervorming bevinden en sommige hebben zich misschien nog niet eens tot protosterren gevormd."

Bijzonder is dat de wetenschappers vier van deze objecten hebben gevonden. "We vinden zelden meer dan één zo'n onregelmatig object in één waarneming, " voegde Karnath toe, die deze vier babysterren gebruikten om een ​​schematisch pad voor te stellen voor de vroegste stadia van stervorming. "We weten niet helemaal zeker hoe oud ze zijn, maar ze zijn waarschijnlijk jonger dan tienduizend jaar."

Om te worden gedefinieerd als een typische (klasse 0) protoster, sterren zouden niet alleen een afgeplatte roterende schijf om zich heen moeten hebben, maar ook een uitstroom - materiaal in tegengestelde richtingen wegspuwend - die de dichte wolk rond de sterren opruimt en ze optisch zichtbaar maakt. Deze uitstroom is belangrijk, omdat het voorkomt dat sterren uit de hand lopen terwijl ze groeien. Maar wanneer precies deze uitstroom begint te gebeuren, is een open vraag in de astronomie.

Een van de jonge sterren in deze studie, genaamd HOPS 404, heeft een uitstroom van slechts twee kilometer (1,2 mijl) per seconde (een typische protoster-uitstroom van 10-100 km/s of 6-62 mijl/s). "Het is een grote gezwollen zon die nog steeds veel massa verzamelt, maar net begonnen met zijn uitstroom om impulsmoment te verliezen om te kunnen blijven groeien, " legde Karnath uit. "Dit is een van de kleinste uitstromen die we hebben gezien en het ondersteunt onze theorie van hoe de eerste stap bij het vormen van een protoster eruit ziet."

ALMA en VLA . combineren

De voortreffelijke resolutie en gevoeligheid van zowel ALMA als de VLA waren cruciaal om zowel de buitenste als de binnenste regionen van protosterren en hun schijven in dit onderzoek te begrijpen. Hoewel ALMA het dichte stoffige materiaal rond protosterren tot in detail kan onderzoeken, de beelden van de VLA gemaakt op langere golflengten waren essentieel om de innerlijke structuren van de jongste protosterren te begrijpen op schalen die kleiner zijn dan ons zonnestelsel.

"Het gecombineerde gebruik van ALMA en de VLA heeft ons het beste van twee werelden gegeven, "zei Tobin. "Dankzij deze telescopen, we beginnen te begrijpen hoe planeetvorming begint."