Hubble ontdekt een protoplaneet die modellen van planeetvorming zou kunnen omverwerpen

NASA’s Hubble-ruimtetelescoop heeft direct bewijs van de vorming van een Jupiter-achtige protoplaneet in beeld gebracht door middel van wat onderzoekers beschrijven als een ‘intens en gewelddadig proces’. Deze ontdekking ondersteunt een langbesproken theorie over de vorming van planeten zoals Jupiter, die ‘schijfinstabiliteit’ wordt genoemd.

De nieuwe wereld in aanbouw is ingebed in een protoplanetaire schijf van stof en gas met een kenmerkende spiraalstructuur die eromheen draait en een jonge ster omringt die naar schatting ongeveer twee miljoen jaar oud is. Dit was ongeveer de leeftijd van ons zonnestelsel toen de planeetvorming aan de gang was. (Het zonnestelsel is momenteel 4,6 miljard jaar oud.)

“De natuur is intelligent, ze kan op veel verschillende manieren planeten produceren”, zegt Thayne Currie van de Subaru Telescope en Eureka Scientific, de hoofdauteur van het onderzoek.

Alle planeten zijn gemaakt van materiaal dat is ontstaan ​​in een stellaire schijf. De dominante theorie van de vorming van Jupiter-planeten wordt ‘core accretion’ genoemd, een bottom-up benadering waarbij planeten die in de schijf zijn ingebed, groeien uit kleine lichamen – variërend in grootte van stofkorrels tot rotsen – en botsen en aan elkaar plakken terwijl ze om een ster. Deze gasvormige kern hoopt zich vervolgens langzaam op uit de schijf. De schijfinstabiliteitsbenadering daarentegen is een top-downmodel waarin als een massieve schijf rond de ster afkoelt, de zwaartekracht ervoor zorgt dat de schijf snel uiteenvalt in een of meer fragmenten van de massa van de planeet.

De nieuw gevormde planeet, AB Aurigae b genaamd, is waarschijnlijk ongeveer negen keer groter dan Jupiter en draait om zijn moederster op maar liefst 8,6 miljard mijl afstand – meer dan twee keer de afstand van Pluto tot onze zon. Op deze afstand zou het erg lang duren voordat een planeet ter grootte van Jupiter zou worden gevormd door primaire aanwas. Dit brengt de onderzoekers tot de conclusie dat de instabiliteit van de schijf het mogelijk maakte dat deze planeet zich op zo’n grote afstand kon vormen. Het staat in schril contrast met de voorspellingen van planeetvorming door het algemeen aanvaarde kernaanwasmodel.

De nieuwe analyse combineert gegevens van twee Hubble-instrumenten: de Space Telescope Imaging Spectrometer en de Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph. Deze gegevens werden vergeleken met die verkregen met het nieuwste planetaire beeldvormingsinstrument SCExAO op de Japanse 8,2-meter Subaru-telescoop op de top van Mauna Kea, Hawaii. De schat aan gegevens van ruimte- en grondtelescopen is cruciaal gebleken, omdat het erg moeilijk is om kleine planeten te onderscheiden van complexe schijfeigenschappen die niets met planeten te maken hebben.

“Uitleg over dit systeem is erg moeilijk”, zei Corey. “Dat is een van de redenen waarom we Hubble nodig hebben voor dit project: een schoon beeld om het licht beter te scheiden van de schijf en elke planeet.”

De natuur zelf bood ook een helpende hand: de massieve schijf van stof en gas die rond de ster AB Aurigae draait, kantelde bijna recht voor ons uitzicht vanaf de aarde.

Curie benadrukte dat de lange levensduur van Hubble een speciale rol speelde bij het helpen van onderzoekers om de baan van de protoplaneet te meten. Hij was aanvankelijk erg sceptisch dat AB Aurigae b een planeet was. Archiefgegevens van Hubble, gecombineerd met beeldmateriaal van Subaru, bleken een keerpunt in zijn verandering van gedachten.

“We hebben deze beweging in een jaar of twee niet kunnen detecteren”, zei Corey. “Hubble leverde een tijdbasislijn, samen met de Subaru-gegevens, voor 13 jaar, wat genoeg was om orbitale beweging te detecteren.”

“Dit resultaat verbetert waarnemingen op de grond en in de ruimte, en we gaan terug in de tijd met Hubble-waarnemingen uit het archief”, voegde Olivier Guyon van de Universiteit van Arizona, Tucson en Subaru Telescope, Hawaii toe. “AB Aurigae b werd nu op meerdere golflengten bekeken en er ontstond een consistent beeld – een zeer solide beeld.”

De resultaten van het team zijn gepubliceerd in het nummer van 4 april van: natuurlijke astronomie.

“Deze nieuwe ontdekking is een sterk bewijs dat sommige gasreuzenplaneten kunnen worden gevormd door het mechanisme van schijfinstabiliteit”, zegt Alan Buss van het Carnegie Institution for Science in Washington, DC. “Uiteindelijk is zwaartekracht het enige dat ertoe doet, omdat de overblijfselen van het stervormingsproces uiteindelijk door de zwaartekracht zullen samenkomen om planeten te vormen, op de een of andere manier.”

Het begrijpen van de vroege dagen van de vorming van Jupiter-achtige planeten biedt astronomen een grotere context in de geschiedenis van ons zonnestelsel. Deze ontdekking maakt de weg vrij voor toekomstige studies van de chemische samenstelling van protoplanetaire schijven zoals AB Aurigae, waaronder NASA’s James Webb Space Telescope.