UV-straling van massieve sterren beïnvloedt nabijgelegen planetaire systemen
Al tientallen jaren weten astronomen dat het krachtige licht dat door massieve sterren wordt uitgezonden de wervelende planetaire schijf van stof en gas rond jonge sterren, de bakermat waaruit planeten worden geboren, kan verstoren. Maar een cruciale vraag bleef onbeantwoord: hoe snel vindt dit proces plaats en laat het voldoende materiaal achter om planeten te vormen?
Met behulp van de Webb Space Telescope en de ALMA radiotelescoop hebben astronomen de Orionnevel bestudeerd, een stellaire kraamkamer, en dan in het bijzonder een protoplanetaire schijf genaamd d203-506, waar het planeetvormende materiaal normaal gesproken beperkt tot een klein gebied, is opgeblazen tot een ongewoon formaat. Hierdoor konden ze de mate van materiaalverlies met ongekende nauwkeurigheid meten.
Jonge sterren met een lage massa worden vaak omringd door relatief kortlevende protoplanetaire schijven van gas en stof die de grondstoffen leveren waaruit planeten ontstaan.
Als zodanig wordt de vorming van gasreuzenplaneten beperkt door processen die massa verwijderen uit protoplanetaire schijven, zoals fotoverdamping.
Fotoverdamping vindt plaats wanneer de bovenste lagen van protoplanetaire schijven worden verwarmd door röntgen- of ultraviolette protonen waardoor de temperatuur van het gas stijgt en het uit het systeem ontsnapt.
Omdat de meeste sterren met een lage massa ontstaan in groepen die ook massieve sterren bevatten wordt verwacht dat protoplanetaire schijven worden blootgesteld aan externe straling en ultraviolette fotoverdamping ervaren.
Theoretische modellen voorspellen van ver-ultraviolette straling fotodissociatiegebieden produceert – gebieden waar ultraviolette fotonen van nabijgelegen massieve sterren de gaschemie op de oppervlakken van protoplanetaire schijven sterk beïnvloeden. Directe waarneming van deze processen was echter ongrijpbaar.
Om het effect van ultraviolette straling te bepalen combineerden Dr. Thomas Haworth van de Queen mary University van Londen en zijn collega’s infrarood- submillimeter- en optische waarnemingen van Webb en ALMA van de protoplanetaire schijf d203-506 in de Orionnevel.
Door de kinematica en excitatie van de gedetecteerde emissielijnen in het fotodissociatiegebied te modelleren ontdekten ze dat d203-506 in hoog tempo massa verliest als gevolg van door ver-ultraviolet aangedreven verwarming en ionisatie.
Volgens het team geeft de snelheid waarmee deze massa verloren gaat bij d203-506 aan dat het gas binnen een miljoen jaar uit de schijf zou kunnen worden verwijderd waardoor het vermogen van gasreuzen om zich binnen het systeem te vormen wordt onderdrukt.
Het resultaat is dat de jonge ster maar liefst 20 aardmassa’s aan materiaal per jaar verliest, wat erop wijst dat zich in dit systeem geen Jupiter-achtige planeten kunnen vormen.
De snelheid die door de onderzoekers is gemeten komt perfect overeen met hun theoretische modellen, waardoor ze het vertrouwen krijgen om te begrijpen hoe verschillende omgevingen het ontstaan van planeten in het heelal bepalen.
In tegenstelling tot andere bekende gevallen wordt deze jonge ster slechts blootgesteld aan één type UV-straling van de nabijgelegen massieve ster.
Het ontbreken van een “hete cocon”, gecreëerd door de meer energetische UV-straling, zorgt ervoor dat het planeetvormende materiaal veel groter en gemakkelijker is te bestuderen.
Artikel: Olivier Berné et al. 2024. A far-ultraviolet-driven photoevaporation flow observed in a protoplanetary disk. Science 383 (6686): 988-992; doi: 10.1126/science.adh2861
Eerste publicatie: 2 maart 2024
Bron: sci-news
