Planeten van dubbelsterren zijn de doelen in de zoektocht naar buitenaards leven

Planetaire systemen rond sterren ter grootte van onze zon zijn voor de hand liggende doelen voor astronomen die buitenaardse levensvormen proberen te lokaliseren, en bijna elke tweede ster in die categorie is een dubbelster - twee sterren die door zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden.

Nieuw onderzoek van Denemarken en de Universiteit van Michigan geeft aan dat planetenstelsels op een heel andere manier worden gevormd rond dubbelsterren dan rond afzonderlijke sterren zoals de zon. 

Bij de foto: Deze artistieke weergave toont het vreemde object AR Scorpii. In deze unieke dubbelster drijft een snel draaiende witte dwergster (rechts) elektronen aan tot bijna de lichtsnelheid. Deze hoogenergetische deeltjes geven straling af die de begeleidende rode dwergster (links) treft en ervoor zorgt dat het hele systeem elke 1,97 minuten dramatisch pulseert met straling variërend van ultraviolet tot radio. Afbeelding:  M. Garlick/University of Warwick/ESO, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

De onderzoekers begonnen het dubbelstersysteem NGC 1333-IRAS2A te observeren in een poging de fundamentele aspecten van de geboorte van sterren en planetaire systemen te begrijpen, zegt medeauteur Edwin Bergin, professor en voorzitter van de U-M Department of Astronomy.

"We probeerden zo dicht mogelijk bij de meest heldere ster in de dubbelster te komen - de primaire ster - en zo het begin van de vorming van een planetenstelsel te observeren, en dat is gelukt, maar op een andere manier," zei Bergin. "Het resultaat dat we hebben heeft iets te maken met hoe planetenstelsels ontstaan, en het is dat het binaire sterrensysteem de vorming van planeten enorm kan beïnvloeden."

Jes Kristian Jørgensen, hoogleraar astrofysica en planetaire wetenschap aan het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen en hoofdonderzoeker van de studie, zegt dat het resultaat ook kan helpen bij het zoeken naar buitenaards leven.

"Het resultaat is opwindend omdat de zoektocht naar buitenaards leven de komende jaren zal worden uitgerust met verschillende nieuwe, extreem krachtige instrumenten", zei hij. "Dit vergroot het belang van het begrijpen hoe planeten worden gevormd rond verschillende soorten sterren. Dergelijke resultaten kunnen plaatsen aanwijzen die bijzonder interessant zouden zijn om naar het bestaan ​​van leven te peilen.”

De resultaten van het project, waaraan ook astronomen uit Taiwan deelnemen, worden gepubliceerd in Nature.

Het team gebruikte observatietijd op de ALMA-telescopen in Chili om het dubbelstersysteem NGC 1333-IRAS2A in de moleculaire wolk in het sterrenbeeld Perseus te observeren. De afstand van de aarde tot de dubbelster is ongeveer 1.000 lichtjaar, wat in astronomische context vrij dichtbij is. Het is zo'n 10.000 jaar geleden gevormd en is een zeer jonge ster. De twee sterren van het binaire systeem zijn 200 astronomische eenheden van elkaar verwijderd. Een AU is gelijk aan de afstand van de aarde tot de zon. Ter vergelijking: de verste planeet in het zonnestelsel, Neptunus, is 30 AU van de zon verwijderd.

De dubbelster is omgeven door een schijf die bestaat uit gas en stof. Een deel van dit materiaal beweegt van ons weg, terwijl een ander materiaal nadert. De waarnemingen kunnen onderzoekers alleen een momentopname bieden vanaf een punt in de evolutie van NGC 1333-IRAS2A. Het team heeft de waarnemingen echter aangevuld met computersimulaties die zowel achteruit als vooruit in de tijd gaan.

“Dankzij de waarnemingen kunnen we inzoomen op de sterren en bestuderen hoe stof en gas naar de schijf toe bewegen. De simulaties zullen ons vertellen welke fysica een rol speelt en hoe de sterren zijn geëvolueerd tot aan de momentopname die we waarnemen en hun toekomstige evolutie”, zegt Rajika Kuruwita, een postdoctoraal onderzoeker aan het Niels Bohr Institute.

Opvallend is dat de beweging van gas en stof geen continu patroon volgt. Op sommige momenten in de tijd - meestal gedurende relatief korte periodes van 10 tot 100 jaar elke duizend jaar - wordt de beweging zeer sterk. De dubbelster wordt dan tien tot honderd keer helderder, tot hij weer terugkeert naar zijn normale toestand.

Vermoedelijk kan het cyclische patroon worden verklaard door de dualiteit van de dubbelster. De twee sterren omcirkelen elkaar en met bepaalde tussenpozen zal hun gezamenlijke zwaartekracht het omringende gas en de stofschijf zodanig beïnvloeden dat enorme hoeveelheden materiaal naar de ster vallen.

“Het vallende materiaal zal aanzienlijke verhitting veroorzaken. De hitte zal de ster veel helderder maken dan normaal', zei Kuruwita. “Deze uitbarstingen zullen de gas- en stofschijf uit elkaar scheuren. Terwijl de schijf zich weer opbouwt, kunnen de uitbarstingen nog steeds de structuur van het latere planetenstelsel beïnvloeden.”

Het sterrenstelsel is nog te jong om planeten te kunnen vormen. Het team hoopt meer observatietijd te krijgen, zodat ze de vorming van planetenstelsels kunnen onderzoeken. De onderzoekers hadden slechts vijf uur ALMA-observatietijd en hopen 100 uur te krijgen voor een nieuw project, zei Jørgensen. De astronomen zouden ook graag kometen willen observeren, die vaak een hoog gehalte aan ijs met organische moleculen hebben.

ALMA (*) is geen instrument op zich, maar 66 werkende telescopen die gecoördineerd werken. Dit zorgt voor een veel betere resolutie dan met een enkele telescoop had kunnen worden verkregen. ALMA, waarmee wetenschappers complexe organische moleculen kunnen zien, zal wetenschappers ook in staat stellen te bestuderen hoe komeetinslagen organische moleculen kunnen introduceren op onvruchtbare planeten.

"De dubbelster beïnvloedt duidelijk de evolutie van de materieschijf rond het hoofdsysteem. En dat suggereert, aangezien de meeste sterren zich vormen als binaire stelsels, dat de binaire stelsels invloed zullen hebben op de uiteindelijke samenstelling van planeten die worden geboren," zei Bergin. "Is het anders als je als een enkele ster wordt geboren? Dat weten we niet. We hebben waargenomen dat de meeste sterren in binaire stelsels worden geboren, maar dat veel van die binaire stelsels na verloop van tijd uit elkaar drijven.

 “Dus hoe belangrijk is dit voor de vorming van planetenstelsels en de vorming van bewoonbare werelden? Een andere manier om dit in het 'Star Wars'-spraakgebruik te zeggen, is hoeveel Tatooines er zijn? We weten het niet, maar wat we nu weten, is dat dit belangrijk is.

Vertaling: Jan Vyvey
Bron: Universiteit van Michigan

(*) De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili is het grootste astronomische project ter wereld. Het is een revolutionaire astronomische interferometer, met een totaal van 66 radioschotels variërend van 7 tot 12 meter in diameter. Deze schotels nemen waar op millimeter- en submillimeter-golflengtes. De telescoop ligt op het Chajnantor-plateau op meer dan 5000 meter boven zeeniveau, in de Atacamawoestijn van Noord-Chili. ALMA begon de eerste wetenschappelijke waarnemingen in de tweede helft van 2011. Op 13 maart 2013 werd het officieel geopend.

ALMA is ontworpen om unieke inzichten te geven in de stervorming in de vroegste stadia van het universum en om nabije stervormingsgebieden en planeetvormende sterren met zeer hoge resolutie in kaart te brengen. Met een schatting van totale kosten rond de 1,2 miljard euro is ALMA het meest ambitieuze astronomische project tot nu toe voor waarnemingen vanaf de aarde.

Zie Wikipedia voor meer info.