In het zuiden van Chili (Puerto Varas) zijn ongeveer 200 ALMA-astronomen uit de hele wereld deze week bijeen om resultaten te presenteren en te bespreken die zijn verzameld tijdens ALMA’s eerste wetenschappelijke jaar. Tim van Kempen is erbij en bespreekt hier de eerste, baanbekende, resultaten van de submillimeter-telescoop in Noord-Chili.
Ik zit al weer op het vliegveld te wachten op de lange vlucht terug naar Amsterdam. Als dit op de site komt, ben ik zelfs alweer thuis. Maar ik wilde toch nog even het derde deel van mijn bezoek aan de ALMA -conferentie schrijven. De laatste anderhalve dag zijn er nog een heel aantal presentaties geweest, ook over de resultaten waarme ik zelf mee bezig ben geweest in de afgelopen weken. Maar daarover later meer.
Ik wilde hier verslag doen van twee andere presentaties, vooral omdat deze twee ontdekkingen wat exotischer zijn dan de meeste ALMA-resultaten. ALMA kan heel veel dingen waarnemingen, maar kijkt vooral naar “jonge” dingen. Stervorming, de eerste melkwegstelsels, de vorming van planeten uit een stofschijf; dat zijn allemaal gebieden waar veel astronomen verwacht hadden dat ALMA baanbrekend zou zijn.
De spreker die het eerste onderwerp presenteerde kreeg tijdens zijn promotie 4 jaar geleden van een oudere professor op zijn universiteit te horen dat zijn net gekozen veld “zo dood als een pier” was en dat er “bijna niets meer” te ontdekken zou zijn. Zijn huidige waarnemingen zijn door heel veel journalisten al opgepakt en werd ook door de directeur van ALMA geselecteerd als het “meest veelzeggende” resultaat.
De ontdekking die hij heeft gedaan is in de ster R SCL, of beter gezegd rondom de ster R SCL. Deze AGB-ster is aan het eind van zijn leven en verliest op dit moment een significant deel van zijn massa. Dit fenomeen is al heel lang bekend en in het zichtbare licht intensief bestudeerd. De onderzoeker verwachtte een schil te zien, maar hoe deze in het koude stof en gas eruit zou zien, viel niet echt heel goed te voorspellen. De schil verscheen inderdaad spectaculair in het beeld, maar wat nog veel verrassender was dat binnen de schil kleine wolkjes van gas en stof te zien waren.
Over het algemeen verliest dit soort sterren heel symmetrisch hun materiaal. Dit betekend dat R SCL eigenlijk uit twee sterren bestaat (een dubbelster is dus). De tweede, veel kleinere ster, verstoort het normale patroon van het materiaal dat wordt uitgestoten. Maar met een gedetailleerd model kon ook een nog subtieler patroon worden geidentificeerd. De kleinere wolkjes komen voor in een spiraal rondom de ster. Hieruit volgt een aantal eigenschappen van het systeem. Maar zelfs in de spiraal was er structuur, waaruit kon worden afgeleid dat R SCL bijna precies 1800 jaar geleden begon met het uitstoten van zijn massa, en ook dat dit in de eerste 600 jaar met een iets hogere snelheid gebeurde dan nu. Als laatste kon worden voorspeld dat we in de komende 15 jaar deze spiraal zelfs kunnen zien draaien(!). Een heel erg spectaculair resultaat.
Een van de laatste praatjes ging over Saturnus. Uit recent onderzoek is een theorie gevormd dat op Saturnus ongeveer elke 30 jaar stormen te zien zijn. De laatste was in 1995. Deze stormen wisselen ook van halfrond en hebben vermoedelijk te maken met een soort seizoenen. Maar vlak voordat ALMA begon stak er een storm op die verdacht veel leek op de storm die pas rond 2025 werd verwacht, ongeveer 13 jaar te vroeg. Met zichtbaar licht kan niet veel verschil worden gezien met de 'normale' stormen, behalve dat de storm zwakker leek te zijn. Ook Cassini, de sonde die rondom Saturnus draait, lukte het niet om echte verschillen te zien, vooral omdat het gas te koud was. De theorie was dat de storm iets hoger in de atmosfeer van Saturnus plaatsvond dan normaal, maar hoe dat werd veroorzaakt, was niet bekend. Toen ALMA ging kijken naar de compositie van het gas, kwamen twee dingen aan het licht. Ten eerste leek het inderdaad alsof de storm hoger in de atmosfeer zat, omdat het gas nogal koud was. Maar tegelijkertijd leek het alsof de compositie van het gas oorspronkelijk uit een veel dieper gelegen laag kwam. Normaliter kan gas uit deze diepere laag niet zo hoog komen doordat er tussen de lagen een soort thermische barrière zit die het warmere gas uit de lagere delen tegenhoudt.
De hypothese voor de ALMA-waarnemingen was dat een onbekende gebeurtenis een stevig deel van het dieper gelegen gas in zijn geheel over de barrière heeft “getild”. En toen het gas in het hoger gelegen deel kwam, werd dat gas instabiel door de lagere druk en creëerde het de storm die we nu zien. Zoals gezegd, kan het zijn dat deze storm gerelateerd is aan de stormen die elke 30 jaar worden veroorzaakt. Op deze momenten kan het gas uit de diepere laag over deze barrière heen worden gestuwd. Dit heeft de maken met de “seizoenen” van Saturnus - een Saturnus-jaar duurt ongeveer 60 jaar. Elke zomer zijn er stormen op het ene halfrond en 30 jaar later op het andere (vergelijkbaar met zomer/winter reversie op het noordelijk/zuidelijk halfrond). Maar omdat deze storm niet in het patroon van 30 jaar lijkt te zitten zou het kunnen dat er een 15-jarige cyclus bestaat die minder wordt gezien, en waarvan we niet weten hoe die ontstaat. Een andere mogelijkheid is dat een kleine komeet of planetoïde Saturnus heeft geraakt (vergelijkbaar met Shoemaker-Levy en Jupiter in de jaren 90) en dat deze impact het gas uit de diepere laag omhoog heeft gegooid. Deze impact hebben we niet gezien, dus die zou dan aan de donkere achterkant van Saturnus kunnen hebben plaatsgevonden. Maar dit laatste is allemaal speculatie. Vervolgonderzoek en het combineren van de ALMA-resultaten met andere waarnemingen zou dit kunnen bevestigen of weerleggen.
Al met al was het een bijzondere conferentie met al veel nieuwe resultaten. En dat terwijl ALMA nog maar voor een kwart af is.
Tim van Kempen
Tim van Kempen is onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden en werkt sinds juli 2010 voor en met ALMA. Na twee jaar in Chili te hebben gewoond en gewerkt om bij het testen van ALMA te helpen, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog zal hij de techniek van ALMA bespreken en de eerste wetenschappelijke resultaten toelichten.