Een internationaal team van sterrenkundigen onder Nederlandse leiding heeft een wervelwind van stof en gruis ontdekt in een baan rond een jonge ster. In het gruis is zich mogelijk een planeet aan het vormen. Het team van wetenschappers deed de ontdekking in de tijd die bouwers en bedenkers van een astronomisch instrument krijgen als beloning voor hun werk. Ze publiceren hun bevindingen binnenkort in het vakblad Astronomy & Astrophysics.

De exoplaneet-in-wording draait in een nauwe baan om de ster HD 163296. Dat is een door astronomen veel bestudeerde jonge ster op ongeveer 330 lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Boogschutter. Eerder al vonden sterrenkundigen aanwijzingen voor de vorming van drie grote exoplaneten in een wijde baan om de ster. Nu komt daar dus mogelijk een vierde planeet dichtbij de ster bij.

De onderzoekers onder leiding van Jozsef Varga (Universiteit Leiden) bestudeerden de ster tijdens vier nachten in maart en juni 2019. Ze hadden hun telescoop gericht op het binnenste deel van de schijf van stof en gruis die om de ster draait. De sterrenkundigen zagen een ring van warm, fijn stof op een afstand van de ster die te vergelijken is met de baan van Mercurius om onze zon. Opmerkelijk was dat een deel van de ring veel helderder, dus heter was dan de rest van de ring. Deze hete vlek leek in een maand een rondje te draaien om de ster.

De astronomen vermoeden dat de hete vlek met warm, fijn stof een wervelwind in de schijf is waaruit een planeet kan worden gevormd. Ze kunnen hun vermoeden onderbouwen met simulaties. Terwijl in de rest van de schijf stof en gruis samenklontert, worden in de wervelwind de kiezels juist vermalen tot fijn stof. Dat fijne stof is zichtbaar in de hete vlek.

MATISSE

De onderzoekers deden hun ontdekking met het nieuwe MATISSE-instrument. Dat instrument combineert en analyseert het licht van vier telescopen van de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Cerro Paranal, in het noorden van Chili. Daardoor ontstaat een samengestelde telescoop met een virtuele diameter van 200 meter. Het MATISSE-instrument is speciaal gemaakt om infraroodstraling te analyseren. Die straling ontstaat als iets, bijvoorbeeld een planeet of stofschijf warmte afgeeft. Het instrument wordt gekoeld zodat het niet zelf infraroodstraling uitzendt.

De Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) bouwde alle lenzen en spiegels in het gekoelde deel van MATISSE samen met de Nederlandse industrie. In 2018 zag MATISSE zijn ‘eerste licht’ met een serie testwaarnemingen.

Toekomst

Voor de onderzoekers en ontwikkelaars van onder meer de Universiteit Leiden, Universiteit van Amsterdam, Radboud Universiteit Nijmegen, SRON en de NOVA Optische Infraroodgroep vormt dit eerste, echte wetenschappelijke resultaat het begin van verder onderzoek. Ze willen onder andere meer sterren met stofschijven bestuderen en dan met name stofschijven waarin aardachtige planeten kunnen vormen.

Publicatie

The asymmetric inner disk of the Herbig Ae star HD 163296 in the eyes of VLTI/MATISSE: evidence for a vortex? Door: J. Varga et. al. Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics (origineel, gratis preprint)

Bijschrift header image: Een schematische weergave van de wervelwind rondom de mogelijke exoplaneet-in-wording rond de ster HD 163296 . De felgele vlek rechtsboven duidt op een gebied met warm stof en gruis waar waarschijnlijk een planeet gevormd wordt. (c) J. Varga et al.

Astronomers see whirlwind around possible exoplanet-in-the-making

An international team of astronomers led by researchers from the Netherlands has discovered a whirlwind of dust and pebbles in orbit around a young star. It is possible that a planet is forming in the pebbles. The team of scientists made the discovery during the time that designers and developers of an astronomical instrument get as a reward for their work. They will soon publish their findings in the journal Astronomy & Astrophysics.

The exoplanet-in-the-making orbits the star HD 163296 in a close orbit. HD 163296 is a young star much studied by astronomers about 330 light-years away from Earth in the constellation of Sagittarius. Previously, astronomers found evidence for the formation of three large exoplanets in a wide orbit around the star. Now, they may be adding a fourth planet close to the star.

The researchers led by Jozsef Varga (Leiden University, the Netherlands) studied the star during four nights in March and June 2019. They had focused their telescope on the inner part of the disk of dust and pebbles that orbit the star. The astronomers observed a ring of warm, fine dust at a distance from the star comparable to Mercury’s orbit around our Sun. What was striking was that one part of the ring was much brighter, i.e. hotter, than the rest of the ring. This hot spot seemed to orbit the star in one month.

The astronomers suspect that the hot spot of warm, fine dust is a vortex in the disk from which a planet could be formed. They can support their suspicion with simulations. While in the rest of the disk dust and pebbles clump together, in the vortex the pebbles are actually ground into fine dust. That fine dust is visible in the hot spot.

MATISSE

The researchers made their discovery with the new MATISSE instrument. That instrument combines and analyzes light from four telescopes of the ESO Observatory’s Very Large Telescope on Cerro Paranal, in northern Chile. This creates a combined telescope with a virtual diameter of 200 meters. The MATISSE instrument is made especially to analyze infrared radiation. Such radiation is created when an object, such as a planet or dust disk gives off heat. The instrument is cooled to prevent it from emitting infrared radiation itself.

The Netherlands Research School for Astronomy (NOVA) built all the lenses and mirrors in the cooled part of MATISSE together with Dutch industry. In 2018, MATISSE saw its “first light” with a series of test observations.

Future

For the researchers and engineers from, amongst others, Leiden University, University of Amsterdam, Radboud University Nijmegen, SRON and the NOVA Optical Infrared Group, this first, real scientific result marks the beginning of further research. One of the goals is to study more stars with dust disks and especially dust disks in which earthlike planets can form.

Publication

The asymmetric inner disk of the Herbig Ae star HD 163296 in the eyes of VLTI/MATISSE: evidence for a vortex? Door: J. Varga et. al. Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics. (Original paper, free preprint)

Caption header image: A schematic view of the vortex around the possible exoplanet-in-the-making around the star HD 163296 . The bright yellow spot in the upper right indicates an area of warm dust and pebbles where a planet is likely to be formed. (c) J. Varga et al.