Neon werpt nieuw licht op planeetvorming

Nederlandse en Amerikaanse ruimteonderzoekers hebben in stofschijven rond jonge sterren het gas neon aangetroffen. Zij gebruikten daarvoor de NASA-ruimtetelescoop Spitzer. Fred Lahuis van het Nederlands ruimteonderzoeksinstituut SRON: ‘We hebben voor het eerst neon gas kunnen zien op de plaats waar planeten ontstaan. Dat is een belangrijke stap in het onderzoek naar de vorming van planeten.’

Sterrenkundigen gaan ervan uit dat planeten ontstaan als sneeuwballen. Gedurende enkele miljoenen jaren klonteren gas-, ijs- en stofdeeltjes uit een schijfvormige wolk, de protoplanetaire schijf, samen tot een groter hemellichaam. Dit resulteert in rotsplaneten, zoals onze aarde, of massieve kernen waaruit gasreuzen, zoals Jupiter, ontstaan.

Vooral het gas in de schijf speelt een belangrijke rol. Het regelt de temperatuurhuishouding, is bepalend voor de dynamiek van de schijf en daarmee ook voor de uiteindelijke planeetvorming. Het grootste deel van het oorspronkelijke gas uit de schijf eindigt in de ster, maar of een planeet een atmosfeer gaat krijgen wordt mede in dit stadium bepaald. Lahuis: ‘Doordat we neon kunnen zien, kunnen we een idee krijgen van de aanwezigheid van gas in de schijf waaruit de planeten vormen. Dat is belangrijk om te weten te komen waarom sommige planeten een atmosfeer krijgen en andere niet.’

Botsingen
In de schijven van stof en gas om jonge sterren bevindt zich maar weinig materiaal in pure vorm. Veelal zorgen botsingen ervoor, dat stoffen reageren. ‘Kijk je naar reactie producten, dan moet je ook het chemische plaatje begrijpen en dat is niet altijd even gemakkelijk’ vertelt Fred Lahuis. ‘Het aantreffen van licht dat afkomstig is van neon is dan ook zeer opwindend, omdat neon chemisch inert is, het reageert niet.’

Lahuis en zijn collega’s van de Sterrewacht Leiden en uit de Verenigde Staten, gebruikten voor het onderzoek de NASA-satelliet Spitzer. Spitzer ziet alleen infrarood licht en is ongevoelig voor het typisch oranje rode neon licht. Lahuis: ‘Wanneer een neon atoom ultraviolet licht of nog energetischer straling van een ster absorbeert, probeert het atoom de energie kwijt te raken. Dit gebeurt in de vorm van warmtestraling – infrarood licht – en precies dat kunnen we meten.’
De astronomen waren blij verrast neon aan te treffen in zowel jonge als oudere sterschijven. ‘We hadden dit niet verwacht en het neon zit vrijwel zeker in de proto-planetaire schijf’, vervolgt collega astronoom Ilaria Pascucci uit Arizona, ‘bovendien heb je niet veel neon nodig om een goed signaal te meten.’

HIFI
De astronomen gaan nu proberen neon licht waar te nemen voor meer stersystemen en uit verschillende leeftijdsgroepen. ‘We verwachten dat we hiermee een stevige stap in de goede richting zetten om de evolutie van sterschijven en het ontstaan van planeten beter te begrijpen’, zegt Lahuis, maar hij ziet ook interessante perspectieven voor de toekomst. ‘De komende jaren komt er een aantal zeer interessante instrumenten. Met het telescoopsysteem ALMA op de Atacama hoogvlakte in Chili en het MIRI instrument op de James Webb satelliet zullen we nog veel scherper naar de protoplanetaire schijven kunnen kijken en de verdeling van het gas in individuele schijven waar kunnen nemen. Als volgend jaar het ruimte-instrument HIFI op de satelliet Herschel van ESA actief is kunnen we ook zien wat voor rol water speelt in het planeetvormingsproces.’

SRON leverde het HIFI-instrument onlangs af aan de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. In de tweede helft van volgend wordt Herschel gelanceerd vanuit Frans Guyana. Voor de bouw van ALMA tekende de Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie (NOVA) eind augustus een contract met de European Southern Observatory (ESO). Nederlandse instituten, waaronder SRON, zullen detectormodules leveren voor de 66 telescopen van ALMA. Nederland levert een grote bijdrage aan de spectrometer module van MIRI. SRON zet haar expertise in bij de ontwikkeling van software voor en calibratie van MIRI.