Wat hebben UX Tauri, RW Aurigae, AS 205, Z CMajoris en FU Orionis gemeen? Het zijn jonge sterrenstelsels met schijven waar planeten zouden kunnen ontstaan. Het lijkt erop dat die schijven in het recente verleden werden verstoord door stellaire flybys of andere nabije ontmoetingen. Astronomen willen weten:hebben die gebeurtenissen de planeetvorming in de schijven verstoord? Wat doen ze? Gebeurt dit in andere systemen? En heeft ons eigen zonnestelsel in zijn jeugd een vreemde ontmoeting meegemaakt?

Sommige antwoorden liggen in een onderzoek van astronoom Nicolás Cuello van de Universiteit van Grenoble Alpes, die aan het hoofd staat van een team dat de rol van sterrenvliegen bestudeert. In een recent artikel bespreken ze de processen die deze systemen ondergaan. Ze onderzochten de kans dat een bepaalde schijf een flyby/ontmoeting meemaakt en classificeerden de soorten ontmoetingen. Het team bestudeerde ook een reeks schijven om te begrijpen wat er gebeurt tijdens elk type ontmoeting en keek naar de implicaties van flybys voor planeetvorming in andere systemen. Ten slotte keken ze naar mogelijke aanwijzingen voor een flyby die ons eigen zonnestelsel zou kunnen hebben meegemaakt.

Het begint allemaal wanneer stergeboorte plaatsvindt in wolken van gas en stof. Het proces creëert batches van hete, jonge sterren die bij elkaar zijn geclusterd. Na verloop van tijd verdwijnen sommige van die clusters. Als sterren het nest verlaten, kunnen ze dicht bij andere systemen komen, waardoor planeetvormende schijven worden verstoord. Cuello en zijn team kwamen tot de conclusie dat bijna-ontmoetingen deze schijven op een bepaald moment in hun evolutie zullen aanwakkeren of zelfs verstoren.

"Stellar flybys en ontmoetingen komen vaker voor dan eerder werd gewaardeerd", zei Cuello in een e-maildiscussie. "Dit gebeurt waarschijnlijk wanneer sterren erg jong zijn (minder dan een miljoen jaar) en planeetvormende schijven in de buurt hebben. Deze schijven worden zwaar beïnvloed door de zwaartekrachtsverstoring van nabije sterren, die de beginomstandigheden bij het begin van de planeetvorming verandert. daarom moet er in onze modellen rekening mee worden gehouden."

Flyby's zijn volgens Cuello niet erg zeldzaam. "Ik zou zeggen dat ten minste de helft van de sterren en hun schijven worden beïnvloed / gevormd door flybys," zei hij. "Een belangrijk aspect om te benadrukken is dat de kans op dergelijke verstoringen in de loop van de tijd afneemt, maar nooit naar nul gaat. Dus zelfs meer geëvolueerde sterren (met planetaire systemen in de buurt) kunnen tijdens hun leven langsvliegen. In dat geval kunnen sommige planeten eindigen op verkeerd uitgelijnde banen ten opzichte van de rest van het planetenstelsel of zelfs worden gevangen door de perturberster."

Hoeveel schade kan een sterrenvlucht aanrichten?

In typische stervormingsgebieden zijn afstanden van belang. Een meerderheid van de sterren met protoplanetaire schijven maakt korte flybys - die binnen duizend astronomische eenheden. Dat komt overeen met ongeveer de helft van de afstand van de zon tot de Oortwolk in ons zonnestelsel. Sommige van die ontmoetingen kunnen een schijf echt verstoren. Als een indringer bijvoorbeeld in prograde richting reist, in een paraboolbaan die de schijf binnendringt, kan hij genoeg schade aanrichten om de vorm van de schijf te veranderen. Soms veroorzaakt de schade door een indringer de vorming van een tweede schijf materiaal.

Dit is in feite wat er gebeurt met de ster FU Orionis. Dankzij een close stellaire flyby die door zijn schijf is gecrasht, lijkt FU Orionis in ongeveer een jaar tijd met een factor duizend op te helderen. En dergelijke verstoringen zijn ook duidelijk in andere jonge systemen.

Tijdens sommige ontmoetingen gaat de schijf door wat 'getijdenafbreking' wordt genoemd. Dat kan tot 80 procent van de schijfmassa verwijderen. Dit heeft een catastrofaal effect op de planeetvorming omdat de ontmoeting de hoeveelheid materiaal vermindert die nodig is om protoplaneten te vormen. Dergelijke flybys kunnen ook stofvangers creëren. Theoretisch zouden dat plaatsen kunnen zijn waar planetesimalen zouden kunnen groeien, als ze genoeg tijd krijgen.

In sommige gevallen kan een nabije flyby planeten binnen systemen verspreiden of zelfs een planeet uitwerpen. De achterblijvers kunnen in banen worden gebracht die doen denken aan die van Pluto - excentriek en niet goed uitgelijnd met het vlak van het systeem. (Voor alle duidelijkheid, de vreemde baan van Pluto is niet te wijten aan een flyby. Het is waarschijnlijker dat zwaartekrachtsinvloeden van Neptunus en andere gigantische planeten zijn vreemde baan hebben gevormd.)

Stellar-flyby's en ons zonnestelsel

Heeft ons eigen zonnestelsel tijdens zijn vorming sterrenvluchten meegemaakt? Het is een mogelijkheid die Cuello en zijn collega's in hun paper onderzoeken. Zo'n ontmoeting in of vlakbij onze geboortewolk zou de zonnenevel kunnen hebben gevormd. Uiteindelijk zou dat invloed hebben gehad op de grootte van de schijf en de massa. Het is moeilijk in te schatten hoe vaak dit is gebeurd, maar opmerkelijk genoeg bleef de protosolaire nevel waar de zon werd geboren in een vrij ronde vorm achtergelaten en bewegen de meeste planeten in vrij cirkelvormige, regelmatige banen.

Cuello en zijn team kwamen echter tot de conclusie dat de orbitale opstelling van het zonnestelsel de verspreiding van trans-neptuniaanse objecten (het gebied net voorbij Neptunus, waar Pluto draait) kan hebben beïnvloed. Het is ook mogelijk dat een of meer sterren door de Oortwolk zijn gegaan en deze hebben verstoord. Astronomen hebben een paar kandidaten gevonden die ze bestuderen om te zien of deze hypothese uitkomt.

Zeker, ons zonnestelsel heeft in zijn lange geschiedenis andere, meer recente ontmoetingen meegemaakt. Men denkt bijvoorbeeld dat de ster van Scholz zo'n 70.000 jaar geleden door de Oortwolk is gegaan. Momenteel bevindt deze dubbelster zich ongeveer 22 lichtjaar van ons verwijderd. De passage leek de banen van geen van de planeten te beïnvloeden, maar het had waarschijnlijk een zeer klein effect op het aantal Oortwolk-objecten dat in langdurige banen rond de zon werd uitgestoten. Toch blijft het een bruikbaar voorbeeld van het effect dat een passerende ster kan hebben op een planetenstelsel of een protoplanetaire schijf. + Verder verkennen

Nabije ontmoeting meer dan 10.000 jaar geleden veroorzaakte spiralen in accretieschijf