Bèta Pictoris: computersimulatie laat zien hoe jong zonnestelsel zijn puinschijf vormt
Zestig lichtjaar van ons vandaan groeit een zonnestelsel op. Het staat bekend als Bèta Pictoris en is nog maar 20 tot 25 miljoen jaar oud, extreem jong vergeleken met ons eigen zonnestelsel van 4,6 miljard jaar. Sterrenkundigen gebruikten dit systeem nu als een soort tijdmachine: met computersimulaties bekeken ze hoe de planeten daar een wolk van rotsblokken en ijsklompen (planetesimalen genoemd, de bouwstenen van planeten en kometen) opnieuw ordenen.
Bèta Pictoris heeft drie bekende reuzenplaneten: b, c en de pas ontdekte d. Die laatste ontdekking gaf onderzoekers een nieuwe kans om te bestuderen hoe planeten en de schijf van puin om de ster elkaar beïnvloeden. Een team simuleerde daarom 25 miljoen jaar lang hoe een oerschijf van materiaal, die zich uitstrekt van 0,5 tot 1000 keer de afstand tussen zon en aarde, wordt opgeschud door de zwaartekracht van deze drie planeten.
Een staart, een rand en verdwenen brokstukken
De uitkomst hangt sterk af van hoe ver het materiaal van de ster af staat. Dicht bij de planeten wordt alles flink door elkaar gehusseld. Ver weg, voorbij 325 keer de afstand aarde-zon, blijft het materiaal grotendeels ongestoord liggen, zoals het al miljoenen jaren was.
Planeet c blijkt de motor achter een bijzonder verschijnsel: brokstukken die zo dicht langs de ster scheren dat ze deels verdampen. Verder naar buiten zorgen planeten b en d juist voor een scherpe rand in de puinschijf, rond 50 keer de aarde-zon-afstand. Die rand komt overeen met wat telescopen al eerder in de schijf van Bèta Pictoris hebben waargenomen.
De simulatie laat ook zien waar al dat materiaal na 25 miljoen jaar is beland. Ongeveer 8,74% van de oorspronkelijke schijf verhuisde naar een verspreide groep objecten verder van de ster af. Zo'n 2,04% belandde in een gebied dat lijkt op wat later een soort Oortwolk kan worden, de verre ijskoude schil van komeetachtig materiaal die ook ons zonnestelsel omringt. En 6,44% werd door de zwaartekracht van de planeten zo hard weggeslingerd dat het het systeem helemaal verliet, als interstellaire zwerver.
Opvallend is ook een tijdelijke spiraalarm die ontstaat uit materiaal tussen ongeveer 60 en 150 keer de aarde-zon-afstand. Die spiraal overlapt deels met de al waargenomen "Cat's Tail" (kattenstaart), een sliert materiaal die telescopen eerder al zagen, en met een opvallende klomp koolmonoxidegas op zo'n 85 keer die afstand.
De onderzoekers keken ook naar het effect van andere sterren die in het verleden dicht langs Bèta Pictoris zijn gescheerd, met gegevens van de Gaia-satelliet. Die passerende sterren bleken maar weinig invloed te hebben. Wel is die reconstructie alleen volledig betrouwbaar over de laatste 2,5 miljoen jaar, dus over de hele 25 miljoen jaar is dit minder zeker.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is één simulatiestudie, geen directe waarneming van al deze processen in actie. De cijfers (zoals 8,74% of 2,04%) komen uit een model met aannames over de oerschijf en zijn geen exacte metingen. Ook is nog niet zeker of de spiraalarm en de kattenstaart echt hetzelfde verschijnsel zijn, ze overlappen alleen deels in de simulatie.
Toch is dit waardevol. Bèta Pictoris is zo jong dat we hier live kunnen zien hoe processen verlopen die in ons eigen zonnestelsel miljarden jaren geleden al zijn afgerond. Het geeft een unieke blik op hoe kometen, verre ijswolken en interstellaire zwervers ooit zijn ontstaan, ook bij onze eigen zon.
Bron: The Birth of Minor-Body Populations in the β Pictoris System I: The First 25 Myr