Nederlandse onderzoekers hebben een unieke vondst gedaan: in de gas- en stofschijf rond een jonge ster hebben ze een babyplaneet ontdekt in een reeds schoongeveegde baan.
Dat is te lezen in het blad The Astrophysical Journal Letters. In het blad kondigen astronomen – onder leiding van promovendus Richelle van Capelleveen, verbonden aan de Sterrewacht Leiden – de ontdekking van WISPIT 2b aan. Deze planeet bevindt zich in een gas- en stofschijf – de zogenoemde protoplanetaire schijf – rond de jonge zonachtige ster WISPIT 2. In die gas- en stofschijf bevinden zich meerdere ringen, in één daarvan zit WISPIT 2b ingebed. En die ring heeft de planeet ook al bijna volledig schoongeveegd, door, terwijl deze zijn baantjes om de moederster trekt, al het materiaal dat deze tegenkomt naar zich toe te trekken.
PDS 70
Het is een bijzondere ontdekking. Want hoewel astronomen inmiddels beschikken over honderden hoge-resolutiebeelden van planeetvormende schijven, was er tot voor kort maar één schijf waarvan we zeker wisten dat deze een ingebedde planeet herbergde. Die schijf bevindt zich rond de jonge dwergster PDS 70. En in 2018 schreven astronomen geschiedenis door overtuigend aan te tonen dat in die schijf een reusachtige gasplaneet schuilgaat. Hoewel de onderzoekers toen verwachtten dat er snel meer van dit soort babyplaneten in protoplanetaire schijven ontdekt zouden worden, bleven nieuwe detecties uit. Tot nu, want na zeven jaar zoeken is het onderzoekers dus toch opnieuw gelukt om zo’n ingebedde babyplaneet met zekerheid te detecteren.
Primeur
Hoewel het dus niet voor het eerst is dat onderzoekers een ingebedde babyplaneet ontdekken, hebben ze met WISPIT 2b toch een primeur te pakken. Want waar de babyplaneet rond PDS 70 nog druk bezig was om zijn baan schoon te vegen, is WISPIT 2b daar reeds zo goed als klaar mee. En daarmee gaat deze de boeken in als de eerste ingebedde planeet die in een schoongeveegde baan is aangetroffen.
Detectie is lastig
Dat de tweede ontdekking van zo’n ingebedde babyplaneet zeven jaar op zich heeft laten wachten, is goed te verklaren. Het bevestigen van het bestaan van piepjonge planeten, die zich nog in hun protoplanetaire schijf bevinden, is gewoon lastig, zo legt Van Capelleveen uit aan Scientias.nl. Zo zit allereerst het licht van de moederster behoorlijk in de weg. “De analogie die vaak gebruikt wordt is dat directe waarneming van een planeet vergelijkbaar is met het fotograferen van een vuurvliegje naast een vuurtoren die tientallen kilometers verderop staat; de ster is zoveel malen helderder dan de planeet dat het erg lastig is om de planeet te zien.” Om zo’n babyplaneet toch te kunnen zien, moet deze dan ook behoorlijk wat licht uitstralen. “Wat erop neerkomt dat de planeet jong moet zijn, want jonge planeten stralen thermische straling uit, nog resulterend van de energie die bij de vorming van de planeet is vrijgekomen.” Ook is het belangrijk dat de planeet niet te dicht bij de ster in de buurt staat. “Dat laatste betekent dan weer dat de ster relatief dichtbij moet staan, zodat je de planeet van de ster kunt onderscheiden.” Maar dan zijn we er nog niet. “Om een planeet in een schoongeveegde baan in de schijf te zien, moet de geometrie zo zijn dat je dit ook kunt zien vanaf de aarde. Je kunt je voorstellen dat je niet kunt zien wat er in de schijf zit als je de schijf vanaf de zijkant bekijkt.” En dan is vervolgens ook de timing nog eens heel belangrijk. “Voordat de planeet een baan heeft schoongeveegd is de planeet nog te klein om te kunnen zien met de huidige telescopen, en zelfs als deze net wel zwaar genoeg is dan kun je hem ook niet goed onderscheiden van de schijf als er nog te veel stof omheen zit. De planeet is dan als het ware nog gesluierd door de schijf. Als je het systeem later observeert dan is de schijf al (deels) weg. Je moet het systeem dus maar net precies op het moment waarnemen dat de planeet wel duidelijk te onderscheiden is van de schijf, maar ook de rest van de schijf nog zichtbaar is.” En als het sterlicht dan niet te veel in de weg zit, de geometrie en timing klopt, zijn er vervolgens ook nog eens meerdere waarnemingen én een overduidelijke detectie nodig om het bestaan van een planeet te bewijzen. “In een protoplanetaire schijf kan het extra lastig zijn om aan te tonen dat een fysisch signaal van een planeet komt. Voor planeten die nog deels gesluierd zijn door de schijf kan het lastig zijn om aan te tonen dat het daadwerkelijk een planeet is, en niet een ‘dust clump’ of een ander effect van de schijf zelf. Ook het zien van bijvoorbeeld ringen hoeft niet altijd door een planeet te komen; processen in de schijf in absentie van een planeet zouden zulk soort kenmerken ook kunnen veroorzaken. Hierdoor is eigenlijk niets anders dan een duidelijke detectie van een planeet die goed te onderscheiden is van de schijf, over (bij voorkeur) meerdere observaties, daadwerkelijk een onbetwiste detectie.” Kortom: het moet allemaal een beetje meezitten, wil je een ingebedde planeet kunnen zien. En in het geval van WISPIT 2b, zat het gelukkig mee. “Het ontdekken van deze planeet was een geweldige ervaring,” aldus Van Capelleveen. “We hebben ongelooflijk veel geluk gehad.”
Planeet groeit nog
Maar het is onderzoekers niet alleen gelukt om WISPIT 2b te detecteren. Vervolgwaarnemingen van de Universiteit van Arizona monden namelijk bovendien uit in detectie van gasaccretie op de planeet. Anders gezegd: de onderzoekers hebben gezien hoe WISPIT 2b gas naar zich toetrekt. Het bewijst volgens onderzoeker Laird Close dat WISPIT 2b “een zeer zeldzaam voorbeeld is van een groeiende protoplaneet”.
Stofvrij, maar niet gasvrij
Dat de planeet, hoewel deze ingebed is in een schoongeveegde baan, nog steeds kan groeien, klinkt misschien een beetje gek, maar is goed te verklaren. Met ‘schoongeveegd’ bedoelen de onderzoekers namelijk vooral dat de baan van de planeet weinig stof meer herbergt, legt Van Capelleveen aan Scientias.nl uit. “Hoewel de baan er op het oog leeg uitziet, kan er nog wat restmateriaal zijn dat de planeet naar zich toetrekt,” vertelt Van Capelleveen. “We zien met onze waarnemingen met name (het gebrek aan) stof, maar er zit waarschijnlijk nog wel gas in de baan dat door de zwaartekracht van de planeet naar de planeet toe wordt getrokken. Ook kan de planeet nog materiaal uit de omringende ringen naar zich toetrekken. Dit materiaal komt dan waarschijnlijk via een circumplanetaire schijf – oftewel een schijf rond de planeet waar uiteindelijk mogelijk manen in gevormd kunnen worden – op de planeet terecht.”
Meer planeten?
De ontdekking van WISPIT 2b smaakt vanzelfsprekend naar meer. En mogelijk hoeven de onderzoekers daar niet eens heel veel verder voor te zoeken. Want in de protoplanetaire schijf rond WISPIT 2 bevinden zich meerdere ringvormige openingen, wat kan hinten op de aanwezigheid van meerdere planeten. “Maar er zijn ook modellen die aantonen dat het eventueel mogelijk is dat één planeet meerdere ringen veroorzaakt, dus op dit moment kunnen we dat niet met zekerheid zeggen,” zo houdt Van Capelleveen een slag om de arm. “Wel hebben we het idee dat er mogelijk ook een planeet in de binnenste opening zit; we hebben nieuwe waarnemingen met de Very Large Telescope op de planning staan om dit verder te onderzoeken. Ook hopen we WISPIT 2 te kunnen observeren met ruimtetelescoop James Webb om te zien of er een planeet in de buitenste opening zit.”
En zo gaan we mogelijk dus nog wel meer horen van WISPIT 2. Maar voor nu kunnen we concluderen dat het systeem in ieder geval één babyplaneet herbergt. En de ontdekking ervan kan weleens grote gevolgen hebben voor onze kennis omtrent planeetvorming, vertelt Van Capelleveen. “Uit modellen weten we dat planeten vormen uit een protoplanetaire schijf rond een ster. De verwachting is dat de planeet door zijn zwaartekracht materiaal naar zich toetrekt en zo een baan vrijmaakt in de schijf. Het is geen perfecte analogie, maar je zou dit kunnen zien als het maken van een suikerspin; je draait het stokje door de suikerspinmachine en over meerdere rondjes groeit de suikerspin en maak je de baan leeg. Dit klinkt heel simpel, maar er zijn een heleboel details die nog onduidelijk zijn.” Voor veel van die details zijn wel modellen ontwikkeld, maar het ontbreekt astronomen aan systemen om die te toetsen. Met WISPIT 2 is nu zo’n systeem gevonden. “Hierdoor kunnen theoretici veel nauwkeuriger modellen en simulaties voor planeetvorming maken, waardoor we uiteindelijk een veel beter beeld krijgen van hoe planeten precies gevormd worden, en in wat voor planetenstelsels dit resulteert.”
