Astronomen onthullen Galerij van Stofschijven Rond Jonge Sterren met SPHERE Instrument op VLT

Astronomen hebben een nieuwe reeks beelden gepubliceerd die de stofringen rond jonge sterren in detail tonen. Deze beelden bieden een ongekend inzicht in de vroege architectuur van planetaire systemen. De waarnemingen zijn mogelijk gemaakt dankzij het SPHERE-instrument, dat is gemonteerd op de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO).

De omvangrijke studie omvatte 161 jonge, nabijgelegen sterren. Hiervan werden 51 systemen gedocumenteerd die potentieel geschikt zijn voor planeetvorming. Deze systemen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van puinschijven. Deze schijven ontstaan door de frequente botsingen tussen asteroïden of kometen, vergelijkbaar met de planetoïdengordel en de Kuipergordel in ons eigen Zonnestelsel. Gaël Chauvin, een onderzoeker bij het Max Planck Instituut voor Astronomie en lid van het SPHERE-project, noemde deze dataset een 'astronomische schatkamer'. Het biedt unieke informatie over de eigenschappen van puinschijven en stelt ons in staat conclusies te trekken over het bestaan van kleinere, onzichtbare objecten. De focus lag met name op puinschijven in systemen die jonger zijn dan 50 miljoen jaar, een periode waarin botsingen nog vaak genoeg voorkomen om detecteerbaar stof te genereren.

Voor vier specifieke systemen werd voor het eerst een ongekende detaillering bereikt. De sterren HD 197481 en HD 39060 toonden scherpe materiaalstromen, gezien vanaf de zijkant (edge-on). Daarentegen vertoonden HD 109573 en HD 181327 bijna perfect ronde stofringen, waargenomen vanuit het vlak van de schijf. Systemen zoals HD 145560 en HD 156623 lieten daarentegen een veel chaotischere stofverdeling zien, wat mogelijk wijst op een vroegere evolutionaire fase. Onderzoekers, waaronder Natália Engler van ETH Zürich, analyseerden de gegevens van de 161 sterren waarvan de infraroodstraling de aanwezigheid van puinschijven verraadde.

De onderzoekers concludeerden dat de waargenomen structuren, zoals de scherp afgebakende ringen, nauw verband houden met de aanwezigheid van onzichtbare reuzenplaneten. Deze planeten ruimen door hun zwaartekracht de omgeving op van kleinere objecten, analoog aan de rol van Neptunus bij het vormgeven van de Kuipergordel in ons Zonnestelsel. Technisch gezien maakt het SPHERE-instrument gebruik van een coronagraaf om het felle licht van de centrale ster te blokkeren. Daarnaast corrigeert adaptieve optiek atmosferische vervormingen in realtime, wat essentieel is om het zwakke, verstrooide licht van het stof te kunnen detecteren. Deze bevindingen vormen een cruciaal startpunt voor toekomstige observaties, onder andere met instrumenten zoals de James Webb Space Telescope (JWST) en de toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) van ESO.

Met name in het systeem HD 181327, dat ongeveer 23 miljoen jaar oud is, werd in mei 2025 door JWST kristallijn waterstofstof gedetecteerd. Dit bevestigt de aanwezigheid van vluchtige stoffen in de vroege stadia van planeetvorming. De ontdekking van waterijs, dat meer dan 20% van het materiaal uitmaakt in de koudste buitenste delen van de schijf van HD 181327, strookt met modellen waarbij ijs naar de vormende planeten wordt getransporteerd. De SPHERE-waarnemingen van de schijfstructuren en de JWST-gegevens over de ijscompositie in HD 181327 vullen elkaar dus perfect aan en bieden een compleet beeld van de vroege planetaire architectuur.

De verzamelde galerij van 51 opgeloste schijven uit de 161 onderzochte doelen bevestigt dat een aanzienlijk deel van de jonge stofrijke systemen zichtbaar gemaakt kan worden in verstrooid licht met behulp van de huidige technieken voor hoogcontrast-beeldvorming. Door verschillende systemen binnen één dataset te vergelijken, konden algemene trends worden geïdentificeerd. Meer massieve jonge sterren blijken doorgaans puinschijven te hebben die ook zwaarder zijn. Dit sluit aan bij modellen die grotere reservoirs van planetesimalen voorspellen die overblijven na de ineenstorting van zwaardere protoplanetaire schijven. Dit onderzoek toont ons hoe ons eigen Zonnestelsel er in zijn vroege fase, meer dan vier miljard jaar geleden, vermoedelijk uitzag.