Onderzoekers hebben een jonge, gigantische exoplaneet ontdekt, die verantwoordelijk lijkt voor de spiraalarmen rond zijn ster. Dit verklaart niet alleen hoe deze fenomenen ontstaan, maar geeft tegelijkertijd ook aanwijzingen over hoe planeten het levenslicht zien.
Je hebt vast weleens een foto van onze Melkweg gezien. Daarop is vaak een kronkelend patroon van spiraalvormige ‘armen’ te herkennen, gevuld met talloze sterren. Soortgelijke patronen zijn waargenomen in de wervelende wolken van gas en stof rond jonge sterren – de zogenoemde protoplanetaire schijven, de geboorteplaatsen van planeten. Wetenschappers denken al enige tijd dat spiraalarmen in deze schijven hun bestaan te danken hebben aan pasgeboren planeten, maar tot nu toe bleef het enkel bij vermoedens. Een nieuwe studie zet deze aanname nu steviger in de schoenen.
MWC 758c
In het paper beschrijven de onderzoekers de ontdekking van een gigantische exoplaneet, die ze MWC 758c hebben genoemd. De moederster van MWC 758c bevindt zich op ongeveer 500 lichtjaar afstand van de aarde en is slechts een paar miljoen jaar oud – een peuter vergeleken met onze eigen 4,6 miljard jaar oude zon. Omdat het systeem zo jong is, beschikt het nog over een protoplanetaire schijf (het duurt ongeveer 10 miljoen jaar voordat het rondcirkelende puin uit het systeem wordt geworpen, door de ster wordt opgeslokt of wordt omgevormd tot planeten, manen, planetoïden en kometen).
Spiraalarmen
De opvallende spiraalarmen in het puin van dit systeem werden voor het eerst in 2013 opgemerkt. Astronomen wezen al snel op het mogelijke verband tussen de spiraalarmen en de vorming van gigantische planeten. Zo dachten ze dat de aanwezigheid van een enorme planeet ervoor zou zorgen dat de schijf spiraalarmen zou krijgen (zie ook de afbeelding hieronder).
Maar eerdere pogingen om de verantwoordelijke planeet in het betreffende systeem te detecteren, mislukten. “We snapten niet waarom we deze planeet niet zagen,” vertelt onderzoeker Kevin Wagner. “De meeste modellen over planeetvorming voorspellen dat reuzenplaneten kort na hun vorming helder moeten zijn. Dergelijke planeten zouden al lang moeten zijn gedetecteerd.”
Ontdekking
Het team speurde daarom in de nieuwe studie met behulp van de Large Binocular Telescope Interferometer (LBTI) naar de ‘onzichtbare’ planeet. Dit instrument is uitgerust met een camera die infraroodlicht kan detecteren op een vergelijkbare manier als de James Webb-telescoop. En met succes. Want na een grondige klopjacht waren de onderzoekers in staat om MWC 758c aan het licht te brengen.
Waarom de planeet onvindbaar was? Hoewel de exoplaneet naar schatting minstens tweemaal de massa van planeet Jupiter heeft, konden andere telescopen ‘m niet zien vanwege zijn onverwacht rode kleur. MWC 758c is zelfs de ‘roodste’ planeet die ooit is ontdekt! Langere, rodere golflengten zijn moeilijker te detecteren dan kortere golflengten vanwege de thermische gloed van de atmosfeer van de aarde en de telescoop zelf. De LBTI is een van de meest gevoelige infraroodtelescopen die tot nu toe zijn gebouwd en is zelfs dankzij zijn grotere formaat bekwamer in het detecteren van planeten die zich dicht bij hun ster in de buurt bevinden (zoals MWC 758c) dan de James Webb-telescoop.
Nu de planeet is gevonden, zijn de onderzoekers er zeker van: deze planeet is verantwoordelijk voor de spiraalarmen rond zijn ster. “Onze studie levert solide bewijs dat spiraalarmen worden veroorzaakt door gigantische planeten,” aldus Wagner. “Met de nieuwe James Webb-telescoop kunnen we dit idee verder testen door naar meer planeten zoals MWC 758c te zoeken.”
Planeetvorming
Tegelijkertijd kunnen de spiraalarmen ook veel vertellen over hoe planeten worden gevormd, zo stelt Wagner. “De ontdekking van deze nieuwe planeet ondersteunt het idee dat gigantische planeten zich vroeg vormen, massa opbouwen vanuit hun geboorteomgeving en vervolgens de daaropvolgende omgeving door zwaartekracht veranderen zodat andere, kleinere planeten kunnen ontstaan,” legt hij uit. “Ik beschouw dit systeem als een analogie voor ons eigen zonnestelsel. Jupiter, een gigantische planeet, heeft waarschijnlijk miljarden jaren geleden ook interactie gehad met onze protoplanetaire schijf, wat uiteindelijk leidde tot de vorming van de aarde.”
Twee scenario’s
De onderzoekers proberen nu verder uit te zoeken waarom de planeet helderder is bij langere golflengten (zie kader). Het zou kunnen dat de planeet kouder is dan verwacht, al kan de planeet ook nog steeds door zijn geboorte heet zijn en omgeven zijn door stof. “Als er veel stof rond deze planeet is, zal het stof kortere golflengten of blauwer licht absorberen, waardoor de planeet alleen helder lijkt op langere, rodere golflengten,” legt co-auteur Kaitlin Kratter uit. “In het andere scenario van een koudere planeet omringd door minder stof, is de planeet zwakker en straalt hij meer licht uit op langere golflengten.” De onderzoekers verwachten dat ze, zodra ze MWC 758c met de James Webb-telescoop hebben waargenomen, een oordeel kunnen vellen over welk van de twee scenario’s klopt.
Voor nu weten de onderzoekers in ieder geval dat ze moeten zoeken naar rodere protoplaneten in systemen met spiraalarmen. “Afhankelijk van de resultaten die voortkomen uit de aankomende Webb-waarnemingen, kunnen we beginnen deze nieuwe kennis toe te passen op andere stellaire systemen,” zegt Wagner. “Dat zal ons in staat stellen voorspellingen te doen over waar andere verborgen planeten zich ophouden. Ook zal het ons kunnen vertellen naar welke eigenschappen we moeten zoeken om ze te detecteren.”
