Een nieuwe, nog in aanbouw zijnde sterrenwacht heeft voor een grote doorbraak gezorgd in het onderzoek van een nabij planetenstelsel, en belangrijke aanwijzingen opgeleverd over de manier waarop zulke stelsels ontstaan en evolueren. Astronomen die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben ontdekt dat de planeten die om de ster Fomalhaut cirkelen veel kleiner moeten zijn dan oorspronkelijk werd gedacht. Dit is het eerste gepubliceerde wetenschappelijke resultaat van ALMA in de eerste periode dat astronomen van overal ter wereld hem voor waarnemingen kunnen gebruiken.
De ontdekking is te danken aan buitengewoon scherpe ALMA-opnamen van de schijf of ring van stof rond Fomalhaut, die op ongeveer 25 lichtjaar van de aarde staat. Deze opnamen helpen een discussie tussen eerdere waarnemers van het stelsel beslechten. De ALMA-opnamen tonen aan dat zowel de binnen- als de buitenrand van de dunne stofschijf heel scherp is. In combinatie met computersimulaties brengt dit astronomen tot de conclusie dat de stofdeeltjes binnen de schijf worden gehouden door de zwaartekrachtswerking van twee planeten – een die zich dichter bij de ster bevindt dan de schijf en een daarbuiten.
Hun berekeningen geven ook een indicatie van de waarschijnlijke grootte van de beide planeten: groter dan Mars, maar niet groter dan een paar keer de aarde. Dat is veel kleiner dan astronomen voorheen dachten. In 2008 gaf een opname van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA de indruk dat de binnenste planeet groter was dan Saturnus, de op een na grootste planeet van ons zonnestelsel. Maar bij latere waarnemingen met infraroodtelescopen was de planeet onvindbaar.
Dat laatste bracht sommige astronomen aan het twijfelen over het bestaan van de planeet op de Hubble-foto. Het was ook denkbaar dat de opname van de ruimtetelescoop kleine stofdeeltjes toonde die door de straling van de ster naar buiten waren geduwd en daarbij de structuur van de stofschijf vervaagden. De ALMA-waarnemingen, op golflengten die langer zijn dan die van zichtbaar licht, brengen grotere stofdeeltjes in beeld – met afmetingen van een millimeter – die niet gevoelig zijn voor de stralingsdruk van de ster. Ze laten duidelijk zien dat de schijf scherpe randen heeft en sterk op een ring lijkt. Dat wijst erop dat hier twee planeten aan het werk zijn.
‘Met de combinatie van de ALMA-waarnemingen van de vorm van de ring en computermodellen kunnen we strikte grenzen opleggen aan massa en baan van planeten in de buurt van de ring,’ zegt Aaron Boley (Sagan Fellow aan de Universiteit van Florida, VS), die het onderzoek heeft geleid. ‘De massa’s van deze planeten moeten gering zijn, omdat anders de planeten de ring zouden verwoesten,’ voegt hij daaraan toe. Hun kleine afmetingen verklaren waarom de planeten bij eerdere infraroodwaarnemingen niet te zien waren, aldus de onderzoekers.
Het ALMA-onderzoek laat zien dat de breedte van de ring ongeveer 16 keer zo groot is als de afstand zon-aarde en ongeveer zeven keer zo dun als breed. ‘De ring is nog smaller en dunner dan eerder gedacht,’ zegt Matthew Payne (ook van de Universiteit van Florida).
De afstand van de ring tot Fomalhaut is ongeveer 140 keer de afstand zon-aarde. Ter vergelijking: in ons zonnestelsel is de afstand van Pluto tot de zon ongeveer 40 keer de afstand zon-aarde. ‘Door de kleine afmetingen van de planeten bij deze ring en hun grote afstand tot hun moederster, behoren zij tot de koudste planeten die tot nu toe bij een normale ster zijn opgespoord,’ aldus Boley.
De wetenschappers hebben het Fomalhaut-stelsel waargenomen in september en oktober 2011, toen slechts ongeveer een kwart van de 66 geplande ALMA-antennes beschikbaar was. Wanneer volgend jaar de bouw is voltooid, zal de array veel krachtiger zijn. Maar zelfs in deze ‘Early Science’-fase was ALMA in staat om de kenmerkende structuur te tonen die bij eerdere waarnemingen op millimetergolflengten niet aan het licht kwam.
‘ALMA mag dan nog in aanbouw zijn, het is nu al de krachtigste telescoop in zijn soort. Dit is nog maar het begin van een spannende nieuwe fase in het onderzoek van schijven en planeetvorming rond andere sterren,’ besluit ESO-astronoom en teamlid Bill Dent (ALMA, Chili).
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt in Europa gefinancierd door de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), in Noord-Amerika door de National Science Foundation (NSF) van de VS in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en in Oost-Azië door de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
Meer foto's op de ESO-website
ALMA ontdekt hoe nabij planetenstelsel in elkaar zit
