De geboorte van een nieuw zonnestelsel, dat maak je ook niet iedere dag mee. Astronomen zijn dan ook erg enthousiast over de nieuwste waarneming van de James Webb-telescoop.
Meer precies: voor het eerst is het moment vastgelegd waarop planeten begonnen te ontstaan rond een ster buiten ons zonnestelsel. Hoe weten astronomen nu dat dit precies aan de hand is? Nou, ze zagen hete mineralen die net begonnen te stollen. Die vormden de eerste deeltjes van planeetvormend materiaal, waardoor op den duur een planeet ontstaan. Een bijzonder schouwspel: het is de eerste keer dat een planetenstelsel in zo’n vroeg stadium met de lens is vastgelegd.
“Het is gelukt om het vroegste moment te bepalen waarop de vorming van planeten begint, rond een andere ster dan onze zon”, zegt hoofdonderzoeker Melissa McClure, professor aan de Universiteit Leiden. “We zien een systeem dat lijkt op hoe ons zonnestelsel eruitzag toen het net begon te ontstaan”, vult Merel van ’t Hoff, professor aan de Amerikaanse Purdue University aan. Ze noemt de bevindingen, die in Nature verschenen, vergelijkbaar met “een foto van het baby-zonnestelsel.”
HOPS-315
Maar wat zien we precies? Het kersverse planetenstelsel heeft zich gevormd rond HOPS-315, een ‘protoster’ die zich op ongeveer 1300 lichtjaar van ons vandaan bevindt. Rond dergelijke babysterren zien astronomen vaak schijven van gas en stof, bekend als ‘protoplanetaire schijven’. Daaruit komen nieuwe planeten voort.
Dat is niet helemaal nieuw. Er zijn eerder jonge schijven gezien die pasgeboren, Jupiter-achtige planeten bevatten, zegt McClure. “We hebben altijd geweten dat de eerste vaste delen van planeten, of planetesimalen, zich verder terug in de tijd, in vroegere stadia, moeten hebben gevormd.”
Planetesimalen zijn planetoïden van maximaal enkele tientallen kilometers groot, die te klein zijn om planeet genoemd te worden. Tijdens de vorming van planeten zijn er vele planetesimalen die samenklonteren tot een planeet.
In ons eigen zonnestelsel hebben we al een aardig beeld van wanneer de vorming van planeten begon. Het allereerste vaste materiaal in de buurt van de huidige locatie van de aarde ten opzichte van de zon hebben we namelijk gevonden in oude meteorieten.
Dergelijke meteorieten zitten vol met kristallijne mineralen die siliciummonoxide (SiO) bevatten en kunnen condenseren bij de extreem hoge temperaturen in jonge planetaire schijven. Na verloop van tijd binden deze nieuwe vaste stoffen zich aan elkaar en leggen ze de basis voor de vorming van planeten naarmate ze in omvang en massa toenemen. De eerste kilometergrote planetesimalen in het zonnestelsel, die uitgroeiden tot planeten zoals de aarde of de kern van Jupiter, vormden zich net na de condensatie van deze kristallijne mineralen.
Moment suprême
Terug naar HOPS. Met hun nieuwe ontdekking hebben astronomen bewijs gevonden dat deze hete mineralen op dit moment beginnen te condenseren in de schijf rond HOPS-315. Hun resultaten tonen aan dat SiO in gasvormige toestand aanwezig is rond de babyster en in de kristallijne mineralen, wat suggereert dat het stollen net is begonnen. “Dit proces is nog nooit eerder waargenomen in een protoplanetaire schijf of ergens buiten ons zonnestelsel”, zegt medeonderzoeker Edwin Bergin, professor aan de Universiteit van Michigan.
De mineralen werden voor het eerst geïdentificeerd met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop. Om te achterhalen waar de signalen precies vandaan kwamen, observeerde het team het systeem met ALMA, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, die door ESO samen met internationale partners in de Atacama-woestijn in Chili wordt geëxploiteerd.
Onze kosmische geschiedenis
Aan de hand van deze gegevens stelde het onderzoeksteam vast dat de chemische signalen afkomstig zijn uit een klein gebied van de schijf rond de ster, vergelijkbaar met de baan van de asteroïdengordel rond de zon. “We zien deze mineralen echt op dezelfde locatie in dit systeem als waar we ze zien in asteroïden in ons zonnestelsel”, zegt medeonderzoeker Logan Francis.
Hierdoor vormt de schijf van HOPS-315 een prachtige analogie voor het bestuderen van onze eigen kosmische geschiedenis. Van ’t Hoff legt uit: “Dit stelsel is een van de beste die we kennen om enkele van de processen te onderzoeken die in ons zonnestelsel hebben plaatsgevonden.” Het biedt astronomen ook een nieuwe kans om de vroege planeetvorming te bestuderen, als vervanging voor pasgeboren zonnestelsels in de Melkweg.
