Wetenschap
Ons onderzoek van de hemel onthult de geheimen van hoe planeten worden geboren
Als we naar de sterren kijken, is het doorgaans niet het verlangen naar de verre diepten van de ruimte die ons drijft. Als we naar buiten kijken, kijken we echt naar onszelf terug. We proberen onze plaats in de onvoorstelbare uitgestrektheid van het universum te begrijpen.
Een van de meest brandende vragen die ons drijft, is hoe uniek we zijn. Is het leven pas hier op aarde ontstaan of werkt ons sterrenstelsel ermee samen?
De allereerste stap om daar achter te komen is begrijpen hoe bijzonder de aarde werkelijk is – en, bij uitbreiding, ons hele zonnestelsel. Hiervoor is kennis nodig over hoe zonnestelsels zich daadwerkelijk vormen. En dat is precies wat mijn collega's en ik zijn gaan ontdekken met een nieuwe reeks onderzoeken naar stervormingsgebieden.
In de afgelopen decennia hebben astronomen meer dan 5.000 planeten rond verre sterren waargenomen – zogenaamde exoplaneten. We weten nu dat er zo veel planeten zijn dat je naar bijna elke ster aan de nachtelijke hemel kunt kijken en er vrijwel zeker van kunt zijn dat er planeten omheen cirkelen. Maar hoe zien deze planeten eruit?
De eerste planeet die werd ontdekt rond een ster die op de zon leek, kwam als een schok voor ons. Het was een zogenaamde hete Jupiter, een enorme gasreus die in zo'n krappe baan om zijn moederster draait dat de lengte van een jaar slechts vier dagen bedraagt. Dit is een werkelijk buitenaardse wereld die zijn gelijke niet kent in ons eigen zonnestelsel.
Vanaf deze eerste baanbrekende ontdekking zijn astronomen verder gegaan en hebben dicht opeengepakte systemen van superaardes gevonden, rotsachtige planeten die meerdere malen zo massief zijn als de aarde, evenals ontzagwekkende gasreuzen in eeuwenlange banen rond hun moederster. Van de vele planetenstelsels die we hebben gevonden, is er geen één gelijk aan ons eigen zonnestelsel. In feite zijn de meeste heel verschillend.
Om te begrijpen hoe al deze verschillende systemen tot stand komen, moeten we naar het allereerste begin gaan. En dat zijn majestueuze schijven van stof en gas die de jongste sterren omringen. Dit zijn de kraamkamers die uiteindelijk nieuwe planetenstelsels zullen voortbrengen.
Deze schijven zijn enorme objecten, tot honderden keren zo groot als de afstand tussen de aarde en de zon. Maar in de lucht lijken ze klein. Dit komt omdat zelfs de dichtstbijzijnde, die zich praktisch in onze galactische achtertuin bevinden, zich tussen de 600 en 1600 lichtjaar verwijderd bevinden.
Dat is een kleine afstand als je bedenkt dat het Melkwegstelsel een diameter heeft van meer dan 100.000 lichtjaar, maar het betekent nog steeds dat licht, het snelste ding in het universum, er wel 1600 jaar over doet om ons vanaf daar te bereiken.
P>De typische grootte van een van deze planetaire kraamkamers, gezien vanaf de aarde, zou een hoek van 1 "boogseconde" ten opzichte van de hemel zijn, wat overeenkomt met een 3600ste deel van een graad. Om het in perspectief te plaatsen:het is alsof je probeert iemand te observeren die op de top van de Eiffeltoren staat, op 500 km afstand in de Nederlandse hoofdstad Amsterdam.
Om deze schijven waar te nemen hebben we de meest geavanceerde en grootste telescopen nodig. En we hebben geavanceerde instrumenten nodig die kunnen corrigeren voor atmosferische turbulentie die onze beelden vervaagt. Dit is geen klein staaltje techniek, aangezien de nieuwste generatie instrumenten pas sinds ongeveer tien jaar verkrijgbaar is.
Nieuwe bevindingen
Met behulp van de Very Large Telescope van de European Southern Observatory, de VLT en de Sphere extreme adaptive optics camera zijn we nu begonnen met het onderzoeken van nabijgelegen jonge sterren.
Ons team, bestaande uit wetenschappers uit meer dan tien landen, heeft meer dan 80 van deze jonge sterren tot in verbazingwekkend detail kunnen observeren. Onze bevindingen zijn gepubliceerd in een reeks artikelen in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics.
Alle beelden zijn gemaakt in nabij-infraroodlicht, onzichtbaar voor het menselijk oog. Ze laten het licht van de verre jonge sterren zien zoals het wordt gereflecteerd door de kleine stofdeeltjes in de schijven. Dit stof lijkt veel op zand op het strand en zal uiteindelijk samenklonteren en nieuwe planeten vormen.
Wat we ontdekten was een verbazingwekkende diversiteit in vorm en vorm van deze planetaire kraamkamers. Sommigen van hen hebben enorme ringsystemen, andere grote spiraalarmen. Sommigen van hen zijn glad en kalm, en weer anderen komen midden in een storm terecht terwijl stof en gas van de omringende stervormende wolken op hen neerregenen.
Hoewel we een deel van deze diversiteit verwachtten, laat ons onderzoek voor het eerst zien dat dit zelfs binnen dezelfde stervormingsgebieden geldt. Dus zelfs planetaire systemen die zich binnen dezelfde buurt vormen, kunnen er heel verschillend uitzien.
Het vinden van een dergelijk breed scala aan schijven suggereert dat de enorme diversiteit aan exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt een gevolg is van dit brede spectrum van planetaire kraamkamers.
In tegenstelling tot de zon hebben de meeste sterren in onze Melkweg begeleiders, waarbij twee of meer sterren rond een gedeeld massamiddelpunt draaien. Toen we naar het sterrenbeeld Orion keken, ontdekten we dat sterren in groepen van twee of meer minder vaak grote planeetvormende schijven hadden dan alleenstaande sterren. Dit is handig om te weten bij de jacht op exoplaneten.
Een andere interessante bevinding was hoe ongelijk de schijven in dit gebied waren, wat erop wijst dat er mogelijk massieve planeten aanwezig zijn die de schijven kromtrekken.
De volgende stap in ons onderzoek zal zijn om specifieke planeten met hun kraamkamers te verbinden, om in detail te begrijpen hoe de verschillende systemen zich kunnen hebben gevormd. We willen ook nog verder inzoomen op de binnenste gebieden van deze schijven, waarin aardse planeten zoals onze eigen aarde zich mogelijk al vormen.
Hiervoor zullen we de volgende generatie telescopen gebruiken, onder leiding van de "Extremely Large Telescope" van de European Southern Observatory, die momenteel in aanbouw is in de Chileense Atacama-woestijn.
Er zijn veel vragen te beantwoorden. Maar dankzij ons onderzoek weten we nu dat de allereerste stap op de lange weg naar het ontstaan van leven een buitengewoon mooie stap is.