Nieuwe opnamen van de ruimtetelescoop Herschel laten rond de jonge ster Fomalhaut de gloed zien van een extreem dynamische schijf van stof en gruis, waarin per dag duizenden kometen worden vernietigd. De structuur lijkt op de Kuipergordel in ons jonge zonnestelsel. De metingen aan het stof in de schijf suggereren dat hij bestaat uit ‘pluizige’ samenklonteringen van stofkorreltjes die ontstaan uit de frequente komeetbotsingen.
Wanneer een planetenstelsel zoals het onze, aan het vormen is rond een ster, klontert niet al het aanwezige materiaal in de protoplanetaire schijf samen tot grote planeten. Uiteindelijk kunnen er gebieden ontstaan die louter door kleinere objecten worden bevolkt, zoals planetoïden en kometen. In ons eigen zonnestelsel kennen we twee van die gebieden: de planetoïdengordel tussen de banen van de planeten Mars en Jupiter, en de Kuipergordel, een rijk reservoir aan kometen, buiten de baan van Neptunus.
Vooral in de vroege fase van het ontstaan van een planetenstelsel botsen deze kleinere objecten veelvuldig. Deze aanvaringen leveren grote hoeveelheden stofkorreltjes op, die terechtkomen in een schijf van stof en gruis. Astronomen kunnen deze stofschijven rond andere sterren waarnemen in zowel zichtbaar licht (de stofdeeltjes verstrooien het licht van de centrale ster) als op langere golflengten, via de warmtestraling van het stof zelf.
De nabije, jonge ster Fomalhaut herbergt een van de opvallendste stofschijven die ooit is waargenomen. De ster heeft een massa van twee keer die van de zon en is pas een paar honderd miljoen jaar oud. Fomalhaut is dus twintig keer zo jong als de zon en de structuur waar de ster door wordt omringd, kan vergelijkbaar zijn met de Kuipergordel in de jonge jaren van ons zonnestelsel. Fomalhaut staat op slechts 25 lichtjaar van ons vandaan en de schijf heeft een grote hellingshoek, waardoor die tot in detail kan worden bestudeerd.
In 2005 ving de Hubble Ruimtetelescoop voor het eerst licht op van de stofschijf. Verdere waarnemingen in 2008 suggereerden ook een planeet rond Fomalhaut, maar dat is niet bevestigd. Nu heeft een team onder leiding van de Leuvense astronoom Bram Acke met Herschel voor het eerst op infrarood en sub-millimetergolflengten naar de stofschijf gekeken. De astronomen Carsten Dominik (UvA/Radboud Universiteit) en Michiel Min (UvA) maken deel uit van het onderzoeksteam.
“Zowel de ster als een ringstructuur (de stofschijf) zijn op alle gebruikte golflengten zichtbaar, wat de beste serie beelden geeft ooit”, zegt teamleider Acke. De astronomen leiden uit de opnames af dat de schijf ook veel kleine stofdeeltjes bevat, met een grootte van slechts een paar micron (ofwel micrometer, een duizendste millimeter). Dit correspondeert echter niet met de eerdere Hubble-data, die suggereerden dat de schijf uit stofdeeltjes van minstens 50 micron zou bestaan. Maar in werkelijkheid verstrooien grote stofdeeltjes het licht minder efficiënt dan kleine. “Door de Herschel- en Hubble-data te combineren, hebben we ontdekt dat het stof in Fomalhauts schijf zich als kleine deeltjes gedraagt in termen van emissie en absorptie, maar het licht verstrooit zoals grote deeltjes dat doen”, legt coauteur Michiel Min uit. Een vorm van stof die deze eigenschappen combineert, bestaat uit pluizige opeenhopingen; grote samenklonteringen van kleine stofdeeltjes met grote lege ruimtes ertussen.
Die pluizige structuren komen ook in ons zonnestelsel voor. Ze worden veroorzaakt door botsingen van kometen. De astronomen concluderen dat het pluizige stof dat wordt gezien in de schijf van Fomalhaut ook afkomstig is van komeetbotsingen.
De straling van de ster blaast stofdeeltjes in de schijf direct weer weg zodra ze zijn geproduceerd. “Dat we desondanks kleine stofdeeltjes in de schijf waarnemen, betekent dat er een continue productie van stofdeeltjes plaatsvindt via komeetbotsingen”, zegt coauteur Carsten Dominik. “We schatten dat er voor de hoeveelheid stof die we zien, dagelijks zo’n 2000 botsingen nodig zijn van kometen van een kilometer groot. Dezelfde hoeveelheid kan ook worden geproduceerd door een dagelijkse botsing van twee kometen met een diameter van 10 kilometer.” De astronomen schatten de massa van de stofschijf rond Fomalhaut op zeker 110 aardmassa’s, duizend keer meer dan de huidige Kuipergordel, maar wel vergelijkbaar met de 30 aardmassa’s die de oorspronkelijke Kuipergordel mat.
ESA
Herschel fotografeert tweelingbroertje van de Kuipergordel
