ALMA vindt verschillende organische moleculen in vijf protoplanetaire schijven

artist impressie protoplanetaire schijf
Deze artist impressie toont planeten die ontstaan uit gas en stof in de protoplanetaire schijf rond een jonge ster. Credit: M. Weiss / Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.

Astronomen hebben, gebruikmakende van de Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) 18 verschillende organische en anorganische moleculen gevonden in de protoplanetaire schijven rond de sterren IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 en MWC 480.

De  nieuwe waarnemingen van ALMA laten zien dat de chemische moleculen niet uniform over iedere schijf zijn verdeeld. Het lijkt erop dat iedere schijf een andere mix van planetaire ingrediënten heeft. Het resultaat suggereert dat planeetvorming in verschillende chemische omgevingen plaatsvindt en dat de planeten tijdens hun ontstaansproces aan verschillende moleculen worden blootgesteld afhankelijk van hun locatie in de schijf. De resultaten van het MAPS-project (Molecules with ALMA at Planet-forming Scales) wordt in een serie van 20 artikelen gepubliceerd in de Astrophysical Journal Supplement Series.

Planeten ontstaan en krijgen hun samenstelling in de stof- en gasrijke schijven rond jonge sterren en het resultaat van dit proces is nauw verbonden met de chemische eigenschappen van de schijf.

De verdeling van moleculen door de schijf regelt de elementaire samenstelling van de planeten maar ook toegang tot water en prebiotische relevante organische verbindingen.

Emissie van moleculen codeert ook informatie over de ionisatieniveaus van de schijf, temperatuurstructuren, kinematica en oppervlaktedichtheden van gas. Allemaal belangrijke ingrediënten in de evolutie van schijven en planeetvormingsmodellen.

Het MAPS ALMA Large Program was ontworpen om de chemie van planeetvorming beter te leren begrijpen door het bepalen van de chemische structuren van de schijf tot een grootte van 10 Astronomische Eenheden.

Het project richtte zich op vijf schijven, rond IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 en MWC 480, waarin substructuren van stof zijn gezien en waar planeetvorming gaande lijkt te zijn.

Volgens astronomen wemelen de planeetvormende schijven van de organische moleculen en van die moleculen zijn sommigen betrokken bij de oorsprong van leven hier op Aarde. Veel van de moleculen in de schijven zijn organisch en de distributie van deze organische stoffen varieert dramatisch binnen een bepaalde schijf.

Twee planeten kunnen zich rond dezelfde ster vormen en zeer verschillende organische voorraden hebben en daarmee een heel andere aanleg voor leven.

In het onderzoek brachten de astronomen de specifieke locaties in kaart van 18 moleculen, waaronder waterstofcyanide en andere nitrillen die verband houden met de oorsprong van et leven, in elk van de vijf protoplanetaire schijven. Ze analyseerden de beelden die ALMA in 2018 en 2019 had verkregen.

De chemie die zelfs in een enkele schijf plaatsvindt is veel gecompliceerder dan voorheen werd aangenomen. Elke afzonderlijke schijf ziet er heel anders uit dan de volgende, met zijn eigen kenmerkende reeks chemische substructuren. De planeten die in deze schijven ontstaan zullen heel verschillende chemische omgevingen ervaren.

De onderzoekers gebruikte deze kaarten om te laten zien waar sommige van de protoplaneten zich in de schijven bevinden waardoor wetenschappers de waargenomen chemische soepen kunnen verbinden met de toekomstige samenstellingen van specifieke planeten.

Astronomen zijn ervan overtuigd dat planeten kunnen ontstaan in protoplanetaire schijven maar ze kunnen ze niet direct zien. Dicht gas en stof dat zo’n 3 miljoen jaar kan blijven hangen, schermt jonge groeiende planeten voor ons af.

In protoplanetaire schijven draaien gas en stof van nature om een centrale ster heen. De snelheid van het bewegende materiaal, die astronomen kunnen meten, moet over de hele schijf constant blijven.

Maar als een planeet onder het oppervlak op de loer ligt, denken de auteurs, dat deze het gas er omheen reist enigszins kan verstoren waardoor er een kleine afwijking in snelheid ontstaat of het spiraalvormige gas op een onverwachte manier beweegt.

Met behulp van deze tactiek analyseerden ze gassnelheden in twee van de vijf protoplanetaire schijven, rond de jonge sterren HD 163296 en MWC 480. Kleine haperingen in snelheid in bepaalde delen van de schijven onthulden een jonge Jupiterachtige planeet ingebed in elk van de schijven.

Naarmate de planeten groeien zullen ze uiteindelijk gaten in de structuur van de schijven maken zodat we ze kunnen zien. Maar dit proces kan nog duizenden jaren duren.

De onderzoekers hun ontdekkingen te kunnen bevestigen met de aanstaande James Webb Space Telescope. Deze telescoop zou de gevoeligheid moeten hebben om de planeten te lokaliseren.

Eerste publicatie: 15 september 2021
Bron: Sci-News