Persbericht

De ijskoude vliegende schotel

ALMA ontdekt onverwacht koude stofdeeltjes in planeet-vormende schijf

3 februari 2016

Astronomen hebben met de telescopen ALMA en IRAM voor het eerst een rechtstreekse meting gedaan van de temperatuur van de grote stofdeeltjes in het buitenste deel van een planeet-vormende schijf rond een jonge ster. Door een nieuwe techniek toe te passen op een object dat de bijnaam Vliegende Schotel draagt, hebben zij ontdekt dat de deeltjes veel kouder zijn dan verwacht: –266 graden Celsius. Dit verrassende resultaat wijst erop dat de bestaande schijfmodellen moeten worden bijgesteld.

Het internationale team, onder leiding van Stephane Guilloteau van het Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in Frankrijk, heeft de temperatuur gemeten van grote stofdeeltjes rond de jonge ster 2MASS J16281370-2431391 in het spectaculaire Rho Ophiuchi-stervormingsgebied op ongeveer 400 lichtjaar van de aarde.

Deze ster is omringd door een schijf van gas en stof. Zulke schijven worden protoplanetaire schijven genoemd, omdat ze het beginstadium van het planeetvormingsproces vertonen. Deze specifieke schijf zien we bijna van opzij, wat hem de bijnaam Vliegende Schotel heeft opgeleverd.

De astronomen gebruikten ALMA om de gloed waar te nemen die afkomstig is van de koolstofmonoxide-moleculen in de schijf van 2MASS J16281370-2431391. Dat heeft behalve heel scherpe opnamen ook een bijzondere ontdekking opgeleverd: op sommige plekken zagen ze een negatief signaal! Normaal gesproken is een negatief signaal onmogelijk, maar in dit geval is er een verklaring voor. En die resulteert in een verrassende conclusie.

Hoofdauteur Stephane Guilloteau steekt van wal: ‘Deze schijf wordt niet waargenomen tegen een zwarte en lege hemelachtergrond. In plaats daarvan zien we hem afsteken tegen de gloed van de Rho Ophiuchi-nevel. Deze gloed is te uitgestrekt om door ALMA gedetecteerd te worden, maar wordt wel door de schijf geabsorbeerd. Het resulterende negatieve signaal betekent dat delen van de schijf kouder zijn dan de achtergrond. De Vliegende Schotel werpt letterlijk zijn schaduw over de aarde!’

Het team combineerde de ALMA-metingen van de schijf met waarnemingen van de achtergrondgloed die zijn gedaan met de 30-meter IRAM-telescoop in Spanje [1]. Daaruit leiden ze af dat de schijfdeeltjes op ongeveer 15 miljard kilometer van de centrale ster [2] een temperatuur van slechts –266 graden Celsius hebben (slechts 7 graden boven het absolute nulpunt oftewel 7 kelvin). Het is voor het eerst dat de temperatuur van grote deeltjes (met afmetingen van ongeveer een millimeter) in zo’n object rechtstreeks is gemeten.

De temperatuur is veel lager dan de –258 tot –253 graden Celsius (15 tot 20 kelvin) die de meeste modellen van dit moment voorspellen. Deze discrepantie wijst erop dat de grote stofdeeltjes heel andere eigenschappen hebben dan die modellen veronderstellen.

‘Om de gevolgen van deze ontdekking voor de schijfstructuur te kunnen inschatten, zullen we moeten onderzoeken welke plausibele stofeigenschappen in zulke lage temperaturen kunnen resulteren. We hebben wel wat ideeën – bijvoorbeeld dat de temperatuur afhankelijk kan zijn van de afmetingen van de deeltjes, waardoor grotere deeltjes koeler zijn dan kleinere – maar het is nog te vroeg om daar zeker van te zijn,’ aldus mede-auteur Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Als deze lage stoftemperaturen een normale eigenschap blijken te zijn van protoplanetaire schijven, kan dat allerlei gevolgen hebben voor ons begrip van de manier waarop zij ontstaan en evolueren.

Zo zijn andere stofeigenschappen van invloed op wat er gebeurt wanneer deze deeltjes met elkaar in botsing komen, en dus op hun rol als planetaire ‘groeikernen’. Of de vereiste verandering in stofeigenschappen in dit opzicht significant is of niet, kan nog niet worden ingeschat.

Lage stoftemperaturen kunnen ook een grote uitwerking hebben op de kleinere stofschijven die we kennen. Als deze schijven voornamelijk bestaan uit grotere, maar koelere stofdeeltjes dan momenteel wordt verondersteld, zou dat betekenen dat deze compacte schijven veel meer massa kunnen hebben en dus in staat moeten zijn om grote planeten te vormen op relatief geringe afstand van de centrale ster.

Er zijn meer waarnemingen nodig, maar het lijkt erop dat het koelere stof dat met ALMA is waargenomen significante gevolgen kan hebben voor onze kijk op protoplanetaire schijven.

Noten

[1] De IRAM-metingen waren nodig, omdat ALMA zelf niet gevoelig was voor het uitgestrekte achtergrondsignaal.

[2] Dit komt overeen met honderd keer de afstand zon-aarde. In ons zonnestelsel is op die plek de Kuipergordel te vinden.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains’ van S. Guilloteau et al., dat in Astronomy & Astrophysics Letters is gepubliceerd.

Het onderzoeksteam bestaat uit S. Guilloteau (University of Bordeaux/CNRS, Floirac, Frankrijk), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Frankrijk), E. Chapillon (University of Bordeaux/CNRS; IRAM), E. Di Folco (University of Bordeaux/CNRS), A. Dutrey (University of Bordeaux/CNRS), T.Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland [MPIA]), D.Semenov (MPIA), T. Birnstiel (MPIA) en N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Frankrijk).

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de National Science Foundation (NSF) van de VS, de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, met steun van de republiek Chili.  ALMA wordt gefinanceerd door ESO, namens haar lidstaten, door NSF, in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en door NINS, in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO, namen haar lidstaten; door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), namens Noord-Amerika, en door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), namens Oost-Azië. De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

•  Foto’s van ALMA

•  Link naar onderzoeksartikel in Astronomy & Astrophysics Letters

Contact

Stephane Guilloteau
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
E-mail: stephane.guilloteau@u-bordeaux.fr

Emmanuel di Folco
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
E-mail: emmanuel.di-folco@u-bordeaux.fr

Vincent Pietu
IRAM
Grenoble, France
E-mail: pietu@iram.fr

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobiel: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media