Astronomisch Nieuws

TW Hydrae omringd door verschillende planeetvormende schijven

Een van de grote vragen over ons zonnestelsel is: hoe was het toen het ontstond? We weten dat een proto-solaire nevel de Zon en planeten heeft voortgebracht. En we weten dat planeten in ons zonnestelsel iets andere baanhellingen hebben, waarschijnlijk vanwege een interessante dynamiek in de geboortecrèche. Waarom is dat? Het antwoord ligt misschien in een enigszins vreemd uitziende protoplanetaire schijf die rond de pasgeboren ster TW Hydrae draait.

Dit stellaire kind bevindt zich op iets minder dan 200 lichtjaar afstand van de Aarde in de richting van het sterrenbeeld Waterslang – Hydra. Astronomen hebben met behulp van gegevens van de Hubble Space Telescope gekeken naar het enorme schijf van gas en stof die rond de ster draait. De Hubble heeft er nu iets vreemds gevonden: er zijn minstens twee en mogelijk drie “sub”-schijven. En er kunnen tenminste twee planeten zijn, en mogelijk worden er drie gevormd. Interacties tussen schijven en planetaire objecten vervormen de schijven en werpen schaduwen.

Het system trok in 2017 voor het eerst de aandacht toen astronomen een schaduw over het oppervlak van het protoplanetaire schijfsysteem rond de ster zagen vegen. Er lijkt een binnenste en een grotere buitenste schijf te zijn. De schaduw kwam niet van een planeet. In plaats daarvan wordt de schaduw door de binnenste op de buitenste schijf geworpen. Interessant is dat er tenminste één van die mogelijke planeten is die gas en stof van de schijf naar zich toe trekt.

Schaduwen op de schijf van TW Hydrae
Deze beelden, met een tussenpoos van een jaar gemaakt door de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop, onthullen een schaduw die tegen de klok in beweegt rond een gas- en stofschijf die de jonge pasgeboren ster TW Hydrae omringt. De schaduw kan worden veroorzaakt door het zwaartekrachteffect van een onzichtbare planeet die dicht bij de ster draait. De planeet trekt materiaal uit de hoofdschijf, waardoor een kromgetrokken binnenschijf ontstaat. De gedraaide schijf blokkeert het licht van de ster en werpt een schaduw op het buitenste gebied van de schijf.

 

Maar er is ook een tweede schaduw

Het lijkt er nu op dat er een tweede schaduw is. Die kan afkomstig zijn van een andere schijf in het systeem, samen met de mogelijke planeten. Als dat zo is, geeft dit astronomen een idee van hoe ons eigen zonnestelsel er meer dan 4,5 miljard jaar geleden uitzag. De tweede schaduw kwam naar voren in waarnemingen die op 6 juni 2021 werden verkregen, als onderdeel van een meerjarig programma dat is ontworpen om de schaduwen in circumstellaire schijven te volgen. De waarnemingen werden door astronoom John Debbes van het Space Telescope Science Institute vergeleken met de TW Hydrae-waarnemingen door de Hubble van enkele jaren geleden.

Ze kwamen er achter dat de schaduw iets heel anders had gedaan. Toen ze voor het eerst naar de gegevens keken dachten ze dat er iets mis was gegaan met de waarneming want het was niet wat ze verwachtten. Het duurde dan ook even voordat het onderzoeksteam een verklaring had gevonden voor wat ze zagen.

De uitleg bespreekt twee verkeerd uitgelijnde schijven die elk een schaduw werpen. De eerste waarneming miste hen omdat het paar vrij dicht bij elkaar staat. In de jaren tussen de waarnemingen in zijn ze echter gescheiden en opgesplitst in twee schaduwen. Blijkbaar zijn de twee verkeerd uitgelijnde schijven zo dankzij de zwaartekracht van twee planeten in iets verschillende baanvlakken. Astronomen hebben dit nooit eerder gezien in een protoplanetaire schijf. Het maakt het systeem veel complexer dan aanvankelijk werd aangenomen.

Over de pasgeboren ster TW Hydrae

Deze pasgeboren ster is een interessant babysysteem. Het wordt een T Tauri ster genoemd. Dat komt omdat de ster deel uitmaakt van een klasse van veranderlijke sterren die niet ouder zijn dan 10 miljoen jaar. Astronomen beschouwen deze sterren als “pre-hoofdreeks”-sterren. (Dit betekent dat er nog geen kernfusie is begonnen of dat er een stralingszone is ontstaan). Veel van deze stellaire klasse bevinden zich in de buurt van gigantische moleculaire wolken. Het zijn meestal de jongste sterren en die kunnen behoorlijk actief zijn.

TW Hydrae past heel goed in deze categorie. De ster heeft een massa van ongeveer 0,8 zonsmassa en is iets groter dan de Zon. Astronomen denken dat de ster ongeveer 8 tot 10 miljoen jaar oud is. Het protoplanetaire schijfgebied om de ster voedt de pasgeboren ster en vormt blijkbaar ook planeten. TW Hydrae is een lid van een grotere verzameling jonge sterren genaamd de “TW Hydrae Associatie”.

Raceauto-planeten in de protoplanetaire schijf

De schijfstructuren in de protoplanetaire schijf van TW Hydrae zouden verband kunnen houden met de werking van planeten die elkaar omcirkelen terwijl ze in een baan om de ster draaien. Het suggereert wel dat de twee planeten redelijk dicht bij elkaar moeten staan. Als de ene veel sneller bewoog dan de andere dan zou dit in eerdere waarnemingen zijn opgemerkt. Het is net als twee raceauto’s die dicht bij elkaar zijn, maar de ene haalt de andere langzaam in en rijdt de andere voorbij.

De vermoedelijke planeten bevinden zich in een gebied op ongeveer de afstand van Jupiter tot de Zon. En de schaduwen voltooien ongeveer elke 15 jaar eén rotatie rond de ster. Dat is ongeveer gelijk aan de omlooptijd van een planeet op die afstand.

Deze twee binnenste schijven hellen ongeveer vijf tot zeven graden ten opzichte van het vlak van de buitenste schijf. Dit is vergelijkbaar met het bereik van de baanhellingen in ons eigen zonnestelsel. Volgens de onderzoekers komt het precies overeen met de typische architectuur in zonnestelselstijl.

Toekomstig onderzoek

Het is duidelijk dat, gezien hoe nauwkeurig dit lijkt op wat astronomen vermoeden dat er in ons eigen zonnestelsel is gebeurd, HST en andere telescopen, zoals de Atacama Large Millimeter Array, het TW Hydrae-systeem blijven bestuderen. De buitenste schijf waarop de schaduwen vallen, kan zich behoorlijk ver uitstrekken. Sommige wetenschappers suggereren dan het zich zou kunnen uitstrekken tot meerdere keren de straal van de Kuipergordel van ons zonnestelsel. Interessant is dat deze grotere schijf een opening lijkt te hebben op tweemaal de gemiddelde afstand van Pluto tot de Zon. Dat zou bewijs kunnen zijn voor een derde planeet in het systeem.

ALMA's beeld van de planetaire schijf rond de pasgeboren ster TW Hydrae.
ALMA’s beeld van de planetaire schijf rond de pasgeboren ster TW Hydrae. Het onthult de klassieke ringen en openingen die aangeven dat er planeten in dit systeem worden gevormd.

Dicht bij de ster zou het erg moeilijk zijn om kleinere binnenplaneten te zien. Dat komt omdat ze verloren zouden gaan in de schittering van de ster. Daarnaast is het systeem behoorlijk stoffig, waardoor het moeilijker wordt om planeten te spotten. Het is echter mogelijk dat de Webb Telescope het systeem zou kunnen bestuderen op zoek naar meer details op de schijf. Bovendien zou de Gaia-missie van de ESA enkele lange termijnmetingen van het systeem kunnen doen om een wiebeling inde ster te vinden als planeten met de massa van Jupiter eraan trekken. De ALMA in Chili heeft dit systeem waargenomen en heeft zeer duidelijke radiobeelden opgeleverd van de protoplanetaire schijf rond TW Hydrae. Toekomstige studies zouden meer details van deze interessante pasgeboren ster en zijn zich ontwikkelende planetenstelsel moeten onthullen.

Artikelen:

Eerste publicatie: 9 mei 2023
Bron: UniverseToday & anderen