Vroeg begin van planeetvorming waargenomen in een ontluikend sterrenstelsel.

Met behulp van de krachtigste radiotelescoop ter wereld zijn smalle ringen en gaten waargenomen in een bijzonder jonge schijf van stof en gas rond een ontluikende ster. De bevinding biedt een mogelijke glimp van de vroegste stadia van planeetvorming.

Jonge sterren zijn meestal omgeven door roterende schijven van gas en stof, protoplanetaire of protostellaire schijven genoemd. Deze structuren zijn, cruciaal, de materiaalreservoirs die planeten gaan vormen, maar wanneer het planeetvormingsproces begint, is een belangrijke open vraag. In een artikel in Nature , Segura-Cox et al . 1werpen licht op dit mysterie door een reeks ringen en gaten in een protostellaire schijf te melden die zo jong is dat zijn geboortewolk nog steeds instort om de ster en schijf te vormen. Dergelijke kenmerken worden vaak toegeschreven aan planeten die banen door de schijf snijden. Gezien het feit dat dit misschien de jongste schijf is die is waargenomen met dergelijke kenmerken, helpen de bevindingen om de tijdschaal voor de opkomst van planeten vast te stellen en belangrijke beperkingen te stellen aan theorieën over hoe planeten zich verzamelen.

Planeetvorming is een complex proces waarbij kleine stofdeeltjes (minder dan een micrometer groot) zich ophopen totdat ze lichamen van de aarde worden, of zelfs groter. De meest populaire theorie die is voorgesteld om dit proces te verklaren, is kernaanwas 2 , waarin de gestage toename van kleine deeltjes kiezelstenen, rotsen, keien en uiteindelijk planeten produceert. Een mogelijk probleem met dit scenario is dat de vorming van planeten langzaam kan zijn, wat in strijd lijkt te zijn met de waarneming dat protostellaire schijven ouder dan ongeveer een miljoen jaar niet genoeg materiaal in zich hebben om planeten te vormen 3 . Er zijn updates van de theorie voorgesteld om dit te verhelpen 4 , 5, maar uiteindelijk is de enige manier om modellen van kernaanwas te verfijnen, te bepalen hoe lang het duurt voordat planeten zich daadwerkelijk vormen. De beste manier om dit te doen, is natuurlijk om babyplaneten op jonge schijven te vinden.

Gerelateerd artikel:

Vier ringvormige structuren in een protostellaire van minder dan 500.00 jaar oud

Een benadering voor het detecteren van babyplaneten is om bewijs te vinden van hun invloed op de structuur van de schijf waarin ze zijn ingebed. In de afgelopen vijf jaar heeft het Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) -observatorium in Chili een schat aan beelden met hoge resolutie opgeleverd van protostellaire schijven die ouder zijn dan een miljoen jaar. Er is inderdaad een overvloed aan interessante ‘substructuren’ gevonden 6 .

De meest voorkomende zijn de smalle heldere en donkere ringen die erop kunnen duiden dat een planeet gaten in de schijf uithakt terwijl deze om de ster cirkelt – hoewel andere kenmerken, zoals spiralen of grote asymmetrieën in de verdeling van materiaal in de schijf, ook zijn waargenomen. opgemerkt. Een opvallend resultaat is dat deze substructuren, die mogelijk verband houden met planeetvorming, lijken te bestaan ​​in bijna elke protostellaire schijf die is afgebeeld met een voldoende hoge resolutie om ze te detecteren 7 . Het ‘planeten carving gaps’-scenario zou impliceren dat planeten in ongeveer een miljoen jaar kunnen worden gevormd.

Gerelateerd artikel:

Variabele sneeuwlijnen beïnvloeden de vorming van planeten

De frequentie waarmee planeten zijn gedetecteerd in schijven die meer dan een miljoen jaar oud zijn, roept vragen op over de vroegste tijd waarop planeten, of in ieder geval schijfsubstructuren, kunnen ontstaan. Er zijn enkele voorbeelden gevonden van jongere schijven (500.000–1.000.000 jaar oud) met onderbouw 8 , maar deze zijn niet veel jonger dan de onderbouwde systemen die eerder werden waargenomen.

Het werk van Segura-Cox en zijn collega’s overschrijdt deze leeftijdsgrens en vinden het eerste duidelijke bewijs van smalle heldere en donkere ringachtige substructuren in een schijf die minder dan 500.000 jaar oud is. Dit legt nieuwe beperkingen op aan wanneer dergelijke kenmerken kunnen worden gevormd en wanneer planeten kunnen worden gevormd (als planeten inderdaad de aanwezigheid van deze kenmerken verklaren). In de ALMA-afbeelding van deze jonge schijf vonden de auteurs twee donkere ringen vergezeld van twee overeenkomstige heldere ringen (zie Fig. 1 van het artikel 1), vergelijkbaar met wat is waargenomen bij oudere schijven. Hoewel deze subtiele kenmerken met een goed oog uit de afbeelding kunnen worden gehaald, hebben de auteurs ze ook verbeterd door een model van een gladde schijf van hun afbeelding af te trekken, waardoor de niet-vloeiende kenmerken worden verscherpt. Daarbij vonden ze ook aanwijzingen dat de schijf mogelijk subtiel asymmetrisch is.

Wat interessant is, is hoe verschillend deze kenmerken eruitzien van die op oudere schijven: de ringen zijn vrij ondiep en erg moeilijk te onderscheiden, in tegenstelling tot de opvallende kenmerken die op oudere schijven worden aangetroffen. Er is een veel grotere reeks observaties van jonge schijven nodig om te zien of dit typisch is, maar als dat zo is, zou het belangrijke aanwijzingen kunnen geven over het proces van planeetvorming en wanneer het begint. Van jonge planeten mag worden verwacht dat ze grote gaten maken, dus misschien Segura-Cox et al . hebben in plaats daarvan de opeenhoping van stoffig materiaal in zeer dichte gebieden waargenomen die bevorderlijk zouden zijn voor de vorming van planeten.

Calciumsignalen in planetaire embryo’ s

Er moet rekening worden gehouden met enkele beperkingen van de nieuwe studie. Leeftijden van jonge sterren zijn notoir moeilijk te meten, en voor deze jonge systemen zijn we in wezen beperkt tot het gebruik van indirecte methoden. Sterren van minder dan ongeveer een miljoen jaar oud zijn nog steeds ingebed in de wolk van materiaal die in elkaar stort om de schijf en ster te vormen (Fig. 1). Omdat verwacht wordt dat dit omhulsel van materiaal in de loop van de tijd uitgeput raakt, moet de hoeveelheid materiaal in het omhulsel ten opzichte van die in de schijf een maat zijn voor de ouderdom van het systeem. Metingen van deze hoeveelheden zijn echter moeilijk uit te voeren en geven een inherent onnauwkeurige meting van de leeftijd. Om die reden is het niet precies duidelijk hoeveel jonger de functies zijn in vergelijking met die van eerder gerapporteerde schijven,

Figuur 1 | 
Ringen in een jonge protostellaire schijf. 
Sterren ontstaan ​​wanneer een stof- en gaswolk instort om een ​​dichtere schijf van materiaal te produceren, ook wel een protostellaire schijf genoemd. 
De ster vormt zich in het midden van de schijf, terwijl planeten zich kunnen vormen uit het schijfmateriaal. 
Segura-Cox 
et al. 1 rapporteer waarnemingen van een protostellaire schijf die zo jong is (minder dan 500.000 jaar oud) dat de schijf nog steeds omgeven is door een omhulsel van materiaal uit de oorspronkelijke wolk. 
Ringen die zichtbaar zijn in de schijf kunnen tekenen zijn van planetaire vorming; 
de ringen in het eigenlijke systeem zijn erg zwak (zie Fig. 1 van het papier 
1 ), maar worden hier duidelijker weergegeven voor de duidelijkheid. 
De bevindingen werpen licht op de vroegste tijd waarop planeten kunnen ontstaan ​​in protostellaire schijven.

Bovendien, hoewel planeten die gaten uithakken de meest opwindende verklaring is voor schijfkenmerken zoals die hier worden vermeld, zijn er andere verklaringen voorgesteld, bijvoorbeeld de sublimatie van gassen uit stofdeeltjes terwijl materiaal naar binnen reist naar warmere gebieden in de schijf 9 . Dit maakt het moeilijk om deze kenmerken op unieke wijze toe te schrijven aan planeten op jonge schijven. Toch zouden de meeste mogelijke oorzaken van dergelijke kenmerken kunnen bijdragen aan het proces van planeetvorming – en dus, op de een of andere manier, Segura-Cox et al . hebben waarschijnlijk het begin van de planeetvorming in actie gezien, in een van de jongste schijven die tot nu toe zijn waargenomen.

Referenties

  1. 1.Segura-Cox, DM et al. Nature 586 , 228-231 (2020).
  2. 2.Pollack, JB et al. Icarus 124 , 62-85 (1996).

Gepubliceerd op: Nature.com

Artikel van Patrick Sheenan

Geef een reactie