Een internationaal team van astronomen uit onder andere Leiden en Amsterdam heeft eindelijk een aannemelijke verklaring gevonden voor het verschijnsel dat jonge sterren miljoenen jaren lang twee stofringen kunnen hebben. Het lijkt erop dat de binnenste ring continu nieuwe aanvoer van stofdeeltjes krijgt vanuit de buitenste ring. De onderzoekers publiceren hun verklaring binnenkort in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
De theorie over het ontstaan van stofringen is helder. Rond veel nieuwe sterren draait eerst één grote schijf stof. Een deel van het stof klontert samen, de brokken trekken elkaar aan en er vormen zich planeten. Een grote planeet veegt al het stof op dat hij op zijn weg tegenkomt en, ziedaar, de oorspronkelijke grote schijf stof is in twee ringen gespleten.
Het probleem is dat veel sterren miljoenen jaren lang twee stofringen bevatten. Dat gaat tegen de natuurwetten in die voorspellen dat deeltjes in de binnenring onherroepelijk te pletter slaan op de ster.
Transport van buiten naar binnen
Astronomen hebben nu een aannemelijke verklaring gevonden voor de lange levensduur van binnenringen. De clou zit in de buitenste ring. Vanuit die buitenste ring worden steeds nieuwe deeltjes naar de binnenste ring getransporteerd. Zo houdt de binnenste ring het toch miljoenen jaren uit hoewel de deeltjes massaal door de ster worden opgeslokt.
Deeltjes reizen in groepen
De astronomen hebben ook nog een oplossing bedacht voor het fenomeen dat er nooit deeltjesstromen van de buitenring naar de binnenring worden waargenomen. Dat komt, zo vermoeden de onderzoekers, doordat de deeltjes in de buitenring met groepen tegelijk reizen. Onze telescopen kunnen zulke groepen deeltjes namelijk niet goed zien. Het is, aldus de onderzoekers, alsof je vanuit een helikopter naar een snelweg kijkt. Twintig losse auto's fonkelen in het zonlicht, maar als die auto's in één grijze vrachtwagen geladen zijn, dan valt het veel minder op.
Daarna vallen ze uit elkaar
Eerste auteur Paola Pinilla (Universiteit Leiden) legt uit hoe de deeltjes in de binnenring weer zichtbaar worden: "Als de samen reizende deeltjes bij de binnenring zijn aangekomen, vallen ze uit elkaar. Dat komt doordat het ijs smelt dat de deeltjes samenhield. Daarna gaan de deeltjes elk hun eigen weg en kunnen we ze weer zien."
Eindelijk bevredigende uitleg
Medeauteur Carsten Dominik (Universiteit van Amsterdam) zocht zelf al sinds 1997 naar een verklaring voor het fenomeen van de twee stofringen: "We hebben onze krachten gebundeld, waarnemingen verzameld, nieuwe modellen opgesteld, gerekend en gesimuleerd en nu hebben we eindelijk een bevredigende uitleg gevonden voor het verschijnsel."
In modellen gevat
De onderzoekers berekenden hoe groot de deeltjes zijn op elk moment tijdens de reis van de buitenring naar de binnenring. Ze hielden daarbij rekening met de temperatuurverschillen die in het stelsel heersen. Ook konden ze laten zien dat het verschijnsel afhangt van de grootte van de planeet.
De modellen en de verklaring van de onderzoekers helpen bij het ontrafelen van de ontstaansgeschiedenis van planetenstelsels. Ook kunnen ze gebruikt worden voor het zoeken naar nieuwe planeten rondom naburige sterren.
Vorming van aardachtige planeten
Medeauteur Lucia Klarmann (UvA): "De aarde en Mars zijn ooit ontstaan in het gebied van een binnenste stofring. Kennis over hoe nieuw stof wordt aangevoerd naar die binnenste ring en hoe de stofdeeltjes veranderen op hun weg naar de binnenring is belangrijk voor het onderzoek naar de vorming van aardachtige planeten."
Artikel
A tunnel and a traffic jam: How transition disks maintain a detectable warm dust component despite the presence of a large planet-carved gap. Paola Pinilla (Universiteit Leiden), Lucia Klarmann (Universiteit van Amsterdam), Tilman Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Myriam Benisty (Univ. Grenoble Alpes), Carsten Dominik (Universiteit van Amsterdam), Cornelis P. Dullemond (Universität Heidelberg). Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics
http://arxiv.org/abs/1511.04105 (gratis preprint)