Een nieuwe wereld in de maak: ESO onthult exoplaneetvorming rond RIK 113

ESO’s Very Large Telescope heeft bij ster RIK 113, op 431 lichtjaar afstand, een uitzonderlijk gestructureerde protoplanetaire schijf vastgelegd. De ring‑ en spiraalarmstructuren duiden op de geboorte van een gasreus.

Astronomen hebben rond de jonge ster RIK 113 (2MASSJ1612) een spectaculaire schijf van gas en stof ontdekt. Deze protoplanetaire schijf, gelegen in het sterrenbeeld Schorpioen op ongeveer 431 lichtjaar van de aarde, vertoont ringen, spiraalarmen en mogelijke tekenen van een zich vormend gasreusplaneet. De beelden, gemaakt met het SPHERE-instrument op ESO’s Very Large Telescope (VLT) in Chili, bieden een uniek laboratorium om de mechanismen van planeetvorming te bestuderen.

Een gapend gat en ringenspel
Eerdere waarnemingen met ALMA lieten een duidelijke ringstructuur zien met een breuk op circa 50 astronomische eenheden van diens ster. (1 Astronomische eenheid of ‘1 AU’ is de gemiddelde afstand van aarde tot de zon. Ter vergelijking: Neptunus draait op 30 AU om de zon.)

Dankzij SPHERE kwamen ook spiraalarmstructuren aan het licht, die wijzen op een jonge protoplanetaire embryo dat zich een weg baant door het stof. De schijf strekt zich uit tot zo’n 130 AU, een stuk groter dan ons eigen zonnestelsel.

Close‑up van ster RIK 113, hier omgeven door een wolk van gas en stof, een protoplanetaire schijf. Deze schijven zijn kenmerkend voor jonge sterren en bevatten alle bouwstenen voor nieuwe planeten. In de loop van de tijd fragmenteren en condenseren de stofdeeltjes onder invloed van zwaartekracht tot grotere objecten zoals protoplaneten. Deze embryo’s graven gaps in het stof rond de ster, waardoor de ingewikkelde, ringvormige structuren ontstaan die we in deze schijf zien. Foto: ESO / Ginski et al.

“Hoewel ons team inmiddels bijna 100 mogelijke planeetvormende schijven rond nabije sterren heeft waargenomen, zijn deze beelden iets heel bijzonders. Zelden vind je een systeem met zowel ringen als spiraalarmen in een configuratie die bijna perfect overeenkomt met de theoretische voorspellingen van hoe een vormende planeet zijn ‘moederschijf’ zou moeten vervormen”, stelt hoofdonderzoeker Dr. Christian Ginski van de universiteit van Galway. “Deze resultaten toonden de aanwezigheid van een kloof, wat duidde op een planeetachtig object dat daarin ingebed is.”

Annotaties onthullen planeetvorming
In de geannoteerde versie van dezelfde opname zijn specifieke spanningszones en mogelijke kloofjes in het stof uitgezet, waaruit een gasreus van enkele Jupitermassa’s kan opduiken. De foto benadrukt hoe dicht de spiraalarmen bij het gapende gat aansluiten, zoals modelleringen van dit systeem ook voorspellen.

Afbeeldingen van het jonge, nabijgelegen 2MASS1612‑systeem (ook bekend als RIK 113), genomen met ESO’s Very Large Telescope in Chili. De opname gebruikt nabij‑infrarood licht dat verstrooid wordt door stofdeeltjes rondom de ster. De structuren in de schijf wijzen erop dat er een jonge gasreus planeet in formatie is. Afbeeldingen: ESO/C. Ginski et al.

Simulatie van structuurontwikkeling
Een korte animatie toont de dynamische evolutie van de schijf: stofdeeltjes klonteren samen door zwaartekracht, spiraalarmenschijven worden vormgegeven en ringen ontstaan waar protoplaneten stof oppikken.

SPHERE H‑ en K‑band observaties
Met SPHERE in H‑band (1,6 μm.) en K‑band (2,2 μm.) is zowel gepolariseerd als totaal intensiteitslicht in kaart gebracht. De gepolariseerde H‑bandbeelden laten de echte morfologie van de schijf zien, terwijl in de totaalbeelden artefacten optreden door differentiële beeldverwerking. In beide banden doemen mogelijke puntbronnen op: kandidaat‑protoplaneten die door een witte cirkel gemarkeerd zijn.

SPHERE-waarnemingen van het 2MASSJ1612‑systeem in H‑band (1,6 μm.) en K‑band (2,2 μm.). De twee links getoonde beelden tonen gepolariseerd licht na ‘polarization‑differential imaging’; de twee rechter beelden tonen de totale intensiteit na ‘klassieke angular‑differential imaging’ (cADI) en ‘iteratieve reference‑differential imaging’. Let op dat de gepolariseerde beelden een getrouwe weergave geven van de schijfmorfologie, terwijl in de totaal‑intensiteitsbeelden verwerkingsartefacten optreden. Afbeeldingen: ESO / Ginski et al.

Totaal‑intensiteitsbeelden van het 2MASS1612‑systeem; hetzelfde als in de afbeeldingen hierboven, maar dan ingezoomd op de puntbronnen, gemarkeerd met een witte cirkel. Het rechterbeeld toont de mate van lineaire polarisatie in de K‑band, afgeleid uit de iRDI‑ en gepolariseerde intensiteitsbeelden. De locatie van de potentiële puntbron laat een dip zien ten opzichte van het direct aangrenzende signaal van de binnenste schijf. Afbeeldingen: ESO / Ginski et al.

Slot
De aanwijzingen voor ten minste één gasreus‑protoplaneet worden versterkt door twee onafhankelijke studies (ALMA en VLT/SPHERE). Het internationale team onder leiding van Dr. Christian Ginski heeft inmiddels tijd toegewezen gekregen op de James Webb ruimtetelescoop om direct naar de planeet te speuren. RIK 113 zou dan een toonaangevende ‘protoplanetaire kraamkamer’ worden voor het bestuderen van de wisselwerking tussen een zich vormende planeet en diens ster. Met elke waarneming komen we een stap dichter bij het ontrafelen van de geschiedenis van ons eigen zonnestelsel.