Astronomen hebben de helderste beelden tot nu toe vastgelegd van 24 puinschijven die rond verre sterren draaien, wat kritische inzichten oplevert in de chaotische overgangsfase tussen planeetvorming en volwassen exoplanetaire systemen. Deze schijven zijn overblijfselen van stof en planetesimalen die overblijven nadat planeten zijn gevormd, in wezen de extrasolaire equivalenten van onze eigen asteroïden en Kuipergordels.
De ontbrekende schakel in de planetaire evolutie
Jarenlang hebben wetenschappers zowel de vroege stadia van planeetvorming (protoplanetaire schijven) als volledig ontwikkelde exoplanetaire systemen bestudeerd. Puinschijven vullen een kritieke leemte op: de ‘tienerjaren’ van een zonnestelsel, waar planeten zich in stabiele banen nestelen, botsingen nog steeds vaak voorkomen en de algehele structuur wordt gevormd door zwaartekracht.
Puinschijven zijn zwak, waardoor ze moeilijk waar te nemen zijn. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) overwon een team onder leiding van Meredith Hughes van de Wesleyan University deze uitdagingen echter door beelden met hoge resolutie te produceren als onderdeel van het ALMA-onderzoek om exoKuiper belt Substructures (ARKS) op te lossen.
Diverse structuren onthullen dynamische geschiedenissen
De waarnemingen laten een opmerkelijke diversiteit tussen deze schijven zien. Het zijn niet zomaar simpele ringen zoals je die soms rond jongere sterren ziet. In plaats daarvan vertonen velen:
- Meerdere ringen en gaten, wat duidt op de aanwezigheid van planeten die de schijf in de loop van de tijd hebben gevormd.
- Halo-achtige structuren, mogelijk veroorzaakt door aanhoudende gas- of zwaartekrachtinteracties.
- Asymmetrische vormen, die wijzen op aanhoudende botsingen of de invloed van onzichtbare planeten.
Ongeveer een derde van de schijven vertoont duidelijke onderstructuren, wat betekent dat de schijven niet glad zijn, maar overblijfselen bevatten van eerdere fasen van het bouwen van planeten. Sommige schijven zien er kalm en verspreid uit, terwijl andere chaotisch en opgeblazen zijn en de mix van stabiele en verspreide objecten in ons eigen zonnestelsel weerspiegelen.
Gasretentie en voortdurende evolutie
Opvallend is dat verschillende schijven gas veel langer vasthouden dan verwacht, een ontdekking die van invloed zou kunnen zijn op de chemie van eventuele planeten die zich daarin nog vormen. Het team ontdekte ook dat veel schijven scheef staan, wat duidt op zwaartekrachtstoten van verborgen planeten of littekens van eerdere planetaire migraties.
“Deze schijven registreren een periode waarin de banen van planeten in de war raakten en enorme inslagen… jonge zonnestelsels vormden”, zegt Luca Matrà, astronoom aan het Trinity College Dublin. Het ARKS-onderzoek biedt een nieuwe gouden standaard voor het bestuderen van puinschijven, waardoor wetenschappers kunnen ontcijferen of de geschiedenis van ons zonnestelsel gebruikelijk of uniek was.
Dit onderzoek onderstreept de gewelddadige en dynamische aard van de evolutie van planetenstelsels. De bevindingen suggereren dat de geschiedenis van het zonnestelsel misschien geen uitschieter is, maar eerder een typische uitkomst van de complexe processen die volgen op de vorming van planeten.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
