In het afgelopen decennium hebben ontwikkelingen in de observationele astronomie een revolutie teweeggebracht in de bestudering van de plekken rond jonge sterren waar planeten worden geboren. Er zijn honderden hoge-resolutiebeelden van planeetvormende schijven, waarvan er vele substructuren vertonen – zoals ringen en spiraalarmen – die worden beschouwd als aanwijzingen voor de vorming van planeten.
Sinds de ontdekking van het planetenstelsel van PDS 70 in 2018 zijn er echter geen bevestigde waarnemingen van ingebedde planeten geweest. Astronomen zijn de afgelopen zeven jaar actief op zoek geweest naar een soortgelijk stelsel. Het team heeft nu zo'n planeet gevonden met een onderzoeksprogramma genaamd ‘WIde Separation Planets In Time’ (WISPIT), waarbij gebruik werd gemaakt van het SPHERE-instrument op de VLT. Ze hebben het nieuw ontdekte systeem WISPIT 2 genoemd en de planeet WISPIT 2b.
Eerste auteur Richelle van Capelleveen: “Het ontdekken van deze planeet was een geweldige ervaring – we hebben ongelooflijk veel geluk gehad. WISPIT 2, een jonge versie van onze zon, bevindt zich in een weinig bestudeerde groep jonge sterren, en we hadden niet verwacht zo'n spectaculair systeem te vinden. Ik ben onze internationale partners erg dankbaar voor al hun werk, met name de groep studenten van de Universiteit van Galway in Ierland die ons echt hebben geholpen om dit systeem in recordtijd met de gemeenschap te delen.”
Primeurs
Van Capelleveens supervisor en derde auteur Matthew Kenworthy (Sterrewacht Leiden): “Wat we presenteren is, zeven jaar na PDS 70, de eerste ondubbelzinnige detectie van een ingebedde planeet. Bovendien is het de eerste detectie van een ingebedde planeet in een vrijgemaakte opening.” Tweede auteur Christian Ginski (Universiteit van Galway, Ierland) voegt hieraan toe: “Dit is sterk direct bewijs dat de gasreuzen die we in wijde banen rond iets oudere sterren hebben gevonden, inderdaad ver van hun moederster kunnen zijn ontstaan, waar we ze nu aantreffen.”
Het team verwacht dat dit systeem een enorme impact zal hebben op de planeetvormingsgemeenschap en de komende jaren als referentie zal dienen voor modellen van planeetvorming en interacties tussen planeten en schijven.
Begrijpen hoe planeten ontstaan is een belangrijk onderzoeksgebied binnen de astronomie. Het is bekend dat planeten ontstaan in een schijf rond een jonge ster, en dat, volgens het dominante vormingsmechanisme, de planeet eerst een kern opbouwt en vervolgens een pad in de schijf vrijmaakt door gas en stof naar zich toe te trekken onder invloed van zijn eigen zwaartekracht. Tot op heden hebben astronomen bijna 6000 planeten en honderden schijven ontdekt en bevestigd, maar er was slechts één systeem met ondubbelzinnig bevestigde planeten die nog steeds in de schijf zijn ingebed: PDS 70, een systeem met twee planeten in een grote binnenste opening.
Waarnemingen
De twee coronagrafische H-band ‘snapshot’-waarnemingen met VLT/SPHERE (met een integratietijd van minder dan 5 minuten en een tussenpoos van een jaar) toonden een schijf rond deze ster. Het team vermoedde dat er misschien een planeet in de binnenste opening zat en deed vervolgwaarnemingen met SPHERE in gepolariseerd en ongepolariseerd licht, om zowel de schijf als mogelijk daarin ingebedde planeten te vinden.
Ook namen ze contact op met het team in Arizona om het systeem in H-alfalicht waar te nemen. Dit is een specifieke optische golflengte die kan worden gebruikt om te zoeken naar waterstofgas dat op de planeet valt; als een planeet in deze smalle band wordt gedetecteerd, is dat een teken dat deze gas en stof naar zich toe trekt. De vervolgwaarnemingen leverden zeer sterk bewijs op voor het bestaan van planeet WISPIT 2b. In her-analyses van de oorspronkelijke momentopname-waarnemingen vonden ze de planeet terug. Daardoor konden de astronomen een klein deel van zijn baan traceren.
Laird Close, hoofdauteur van het parallelle artikel: “Het was ongelooflijk spannend om de nieuw ontdekte schijf te onderzoeken met de 6,5 meter Magellan-telescoop en ons AO-systeem MagAO-X. MagAO-X is speciaal ontworpen om waterstofgas te zoeken dat op jonge planeten neerslaat. Zodra we een foto maakten in H-alpha (zichtbaar donkerrood licht), vonden we een prachtige accreterende planeet. Onze sterke H-alpha-detectie bewijst dat het een zeer zeldzaam voorbeeld is van een groeiende protoplaneet.”
Van Capelleveen zegt dat het team erg enthousiast is over het resultaat: “Het is een spectaculair systeem met het indrukwekkende beeld van een planeet die ingebed is in de opening van een schijf met meerdere ringen. Het is de eerste ringvormende ingebedde planeet, die de planeetvormingsgemeenschap de ongekende kans biedt om meer te leren over de fysica van planeetvormende schijven, in het bijzonder hoe ‘stroperig’ ze zijn, wat een belangrijke parameter is voor hoe ze zich in de loop van de tijd verspreiden en materiaal en impulsmoment transporteren. Dit systeem zal waarschijnlijk nog jarenlang als maatstaf dienen.”
Wetenschappelijke artikelen:
WIde Separation Planets In Time (WISPIT): A gap-clearing planet in a multi-ringed disk around the young solar-type star WISPIT 2; Richelle van Capelleveen et al.
WIde Separation Planets In Time (WISPIT): Discovery of a Gap H-alpha Protoplanet WISPIT 2b with MagAO-X; Laird Close et al.
De opname van WISPIT 2b is ESO's Foto van de Week