Twee stofzuigers cirkelen om een jonge ster

Sterrenkunde Het gedrag van twee planeten bij ster PDS 70 past binnen de theorie. „De ontwikkeling van een planeet is een heftig proces.”

Artistieke weergave van de ster PDS 70 met twee groeiende protoplaneten. Inzet: PDS 70c bevindt zich in het paarse vierkant, PDS70b in het rode vierkant.
Artistieke weergave van de ster PDS 70 met twee groeiende protoplaneten. Inzet: PDS 70c bevindt zich in het paarse vierkant, PDS70b in het rode vierkant. Beeld STScI/Haffert e.A./Nature Astronomy

Vorig jaar presenteerden astronomen een foto van een Jupiter-achtige planeet die cirkelt om de zeer jonge ster PDS 70. Nieuwe opnamen hebben nu laten zien dat er nóg een planeet in het spel is, die een wijdere baan om de ster doorloopt. Het is pas voor de tweede keer dat er bij een andere ster dan onze zon een stelsel van meerdere planeten is gefotografeerd.

De ster PDS 70 staat vanuit de aarde gezien in het sterrenbeeld Centaurus, op een afstand van ongeveer 370 lichtjaar. Hij is nog dermate jong dat hij omgeven is door een omvangrijke schijf van gas en stof. Dat past goed binnen de gangbare theorie dat sterren en planeten ontstaan door het samentrekken van wolken van gas en stof, die daarbij sneller gaan draaien en platter worden.

Opvallend brede leemte

De ‘protoplanetaire schijf’ rond de ster vertoont een opvallend brede leemte. De vorig jaar gepresenteerde planeet, PDS 70b, bevindt zich in het binnenste deel van deze lege gordel. De tweede planeet, PDS 70c, is nabij de buitenrand te vinden. Tezamen zijn ze bezig om, als een soort stofzuigers, het gas en stof in hun omgeving op te vegen.

PDS 70c is ontdekt door een internationaal team van astronomen, onder leiding van Sebastiaan Haffert van de Universiteit Leiden. De planeet heeft zijn bestaan verraden doordat hij licht van een specifieke dieprode kleur uitzendt: H-alfa-straling. Dit licht hebben de astronomen geregistreerd met behulp van het MUSE-instrument van de Europese Very Large Telescope (VLT).

De twee planeten zoals waargenomen door de onderzoekers. PDS 70c bevindt zich in de buitenste baan, PDS 70b in de binnenste. Afbeelding STScI

„De ontwikkeling van een planeet is een erg heftig proces”, legt Haffert per e-mail uit. „Dankzij de zwaartekracht valt er voortdurend gas en stof op de planeet, en daarbij ontstaan enorme schokgolven. Het aanwezige waterstofgas wordt hierdoor heel heet en gaat H-alfa-straling uitzenden.”

Het was deze straling die de astronomen op het spoor bracht van de tweede planeet. „Omdat PDS 70b zich in de stofschijf bevindt, hadden we het vermoeden dat deze planeet nog aan het groeien was en H-alfa-straling zou uitzenden”, aldus Haffert. „Tot onze verrassing zagen we niet alleen deze planeet, maar ook nog een tweede. Deze was eerder gemist, omdat het moeilijk was om hem te onderscheiden van de stofschijf.”

Overlappende leemtes

Vertaald naar ons eigen zonnestelsel doorlopen de twee planeten omloopbanen die ongeveer zo wijd zijn als die van Uranus en Neptunus, de twee buitenste planeten van ons zonnestelsel. Dat de lege gordel tussen hen in zo breed is, is een teken dat ze veel massa hebben. „De breedte van zo’n leemte hangt sterk af van de massa van de planeten die zich aan het vormen zijn”, vervolgt Haffert. „Hoe zwaarder de planeet, des te breder wordt de gordel die hij leegveegt. Deze twee planeten zijn samen zo zwaar dat hun leemtes elkaar overlappen.”

In hun onderzoeksverslag in het tijdschrift Nature Astronomy schrijven Haffert en zijn mede-auteurs dat planeet b minstens vier keer zoveel massa heeft als Jupiter, de grootste planeet van ons zonnestelsel. Planeet c lijkt wat ‘lichter’ te zijn, maar ook deze heeft waarschijnlijk meer massa dan Jupiter.

PDS 70 is niet de eerste ster waarbij meerdere exoplaneten rechtstreeks in beeld zijn gebracht. Eerder lukte dat al bij de 129 lichtjaar verre ster HR 8799. Bij deze laatste zijn zelfs vier planeten gefotografeerd. Met een geschatte leeftijd van ruim 5 miljoen jaar is PDS 70 echter aanzienlijk jonger dan de 30 miljoen jaar oude HR 8799.