Lange tijd keken astronomen naar kleine protoplanetaire schijven rond jonge sterren en zagen slechts gladde, bijna lege ringen van stof en gas. Grote, heldere schijven verbaasden al lang met ingewikkelde patronen — ringen, spleten en holtes waarin, naar men aannam, planeten ontstaan. Maar compacte systemen leken te eenvoudig. Misschien evolueren ze wel heel anders? Of zijn de details er gewoon te klein om ze te kunnen onderscheiden?
Het antwoord kwam uit de Chileense Atacamawoestijn. Het telescopennetwerk ALMA richtte, werkend in de meest uitgestrekte configuratie van antennes, zijn blik op 11 van de kleinste schijven in het stervormingsgebied Lupus. De waarnemingen werden verricht op een golflengte van ongeveer 0,9 millimeter. De hoekresolutie bereikte 0,02 boogseconde — dat is ongeveer twee astronomische eenheden op de afstand van het Lupusgebied. Twee afstanden van de aarde tot de zon. Juist op zulke schalen, waar in ons zonnestelsel de aarde, Mars en de planetoïdengordel ronddraaien, speelt het zich af.
In vier schijven zagen de onderzoekers duidelijk inwendige structuren: ringen, spleten en holtes binnen tien astronomische eenheden van de ster. In nog drie systemen vonden ze aanwijzingen voor vergelijkbare details. Bijzonder indrukwekkend is het systeem Sz 112. Daarin wist ALMA een centrale holte met een straal van slechts 1,6 astronomische eenheid op te lossen. Dat is de kleinste bekende overgangsschijf — een object met een inwendige leegte die qua grootte vergelijkbaar is met de baan van de aarde.
‘Lange tijd leken kleinere schijven veel eenvoudiger dan grote,’ merkt onderzoeksleider Pietro Curone op. ‘Wij hebben laten zien dat een deel van dat verschil slechts een illusie was, veroorzaakt door onvoldoende oplossend vermogen.’ Wanneer details die slechts enkele astronomische eenheden van elkaar verwijderd zijn, zichtbaar worden, verandert het beeld scherp.
Vergelijking met eerdere ALMA-overzichten bevestigde het verband: hoe beter een schijf wordt opgelost, hoe vaker er structuren in worden gevonden. Onder de objecten die met voldoende detail werden waargenomen, zijn substructuren aangetroffen in ongeveer 44 procent van de uiterst compacte schijven met een straal van 3 tot 10 astronomische eenheden en in ongeveer 55 procent — van 10 tot 30. In schijven groter dan 30 eenheden nadert het aandeel bijna 95 procent. Kleine schijven konden hun complexiteit dus eerder eenvoudigweg ‘niet op tijd’ laten zien.
Die ringen en spleten zijn niet zomaar mooie patronen. Stofdeeltjes in een protoplanetaire schijf verliezen voortdurend impulsmoment en willen naar de ster vallen. Zonder obstakels zouden millimeterkorrels al lang verdwenen zijn voordat de schijf haar leven kan voltooien. Ringen en spleten wijzen op verschillen in gasdruk die vallen creëren. Materiaal blijft hangen, concentreert zich — en schept gunstige voorwaarden voor de groei van planeten.
Als een deel van de gevonden spleten inderdaad door zich vormende planeten is uitgesneden, dan vallen de massa’s van die lichamen in het bereik van superaardes en mini-Neptunussen. Juist zulke planeten komen het vaakst voor bij sterren, en juist op zulke banen waren ze tot nu toe bijzonder moeilijk ‘te zien’ tijdens hun geboorte.
Twee schijven — Sz 73 en Sz 130 — brachten nog een verrassing. Achter hun heldere inwendige kern vonden de onderzoekers zwakke buitenringen. Mogelijk zijn sommige ‘kleine’ systemen in werkelijkheid uitgestrekter dan het leek.
Dit alles schetst één samenhangend beeld. Grote en compacte schijven zijn geen verschillende werelden, maar delen van één continuüm. Dezelfde fysische processen werken op verschillende schalen. Waar vroeger slechts lege ruimte te zien was, komen nu sporen van een verborgen architectuur tevoorschijn. Planeten lijken hun ‘huizen’ veel dichter bij de sterren te beginnen te bouwen dan eerdere waarnemingen konden laten zien.
Achter dit werk schuilt de verbazingwekkende precisie van een instrument dat details ter grootte van de aardbaan op honderden lichtjaren afstand kan onderscheiden. En erachter schuilt het besef hoe complex en samenhangend het heelal is. In kleine wolken van stof en gas die rond nauwelijks geboren sterren wervelen, zijn de toekomstige werelden al besloten. Ergens, in gebieden vergelijkbaar met het binnenste deel van ons zonnestelsel, vinden op dit moment processen plaats die ooit tot het ontstaan van de aarde hebben geleid. De kosmos is niet alleen enorm — hij is ongelooflijk gedetailleerd opgebouwd, en elke nieuwe blik ontsluit dieper deze grandioze, bijna onvoorstelbare samenhang.
