'Gezocht: een planeet met lotgenoten

Over een halfjaar rijden er, als alles goed gaat, aardse karre tjes over Mars. De Beagle2 van Europese en de Spirit van Amerikaanse makelij zijn al honderdduizenden kilometers op weg. Binnenkort gaat ook de tweede Amerikaanse Mars-verkenner, Opportunity, de lucht in. Logisch dat, als het om planeten gaat, de ruimtevaart de afgelopen maanden alle aandacht opeiste.

Bas den Hond

Maar in alle stilte bereikten ondertussen astronomen die met telescopen zoeken naar planeten buiten het zonnestelsel een kleine mijlpaal: er zijn nu meer dan honderd van zulke 'exoplaneten' bekend. De meeste daarvan draaien hun baantjes rond sterren die relatief dicht bij de aarde staan. Ze konden worden ontdekt doordat de ster zelf in die eeuwige rondedans ook een beetje beweegt. Door dat bewegen lijkt het hier op aarde of de ster telkens een beetje van kleur verschiet: wat blauwer als de ster onze kant op komt, wat roder als hij van ons af gaat. De ster hoeft maar een paar meter per seconde van snelheid te veranderen of een telescoop op aarde kan het zien.

Hoe opwindend het ook is dat je met een telescoop op aarde op zo'n grote afstand een planeet kunt ontdekken, voor wie hoopt dat de mensheid lotgenoten vindt in de ruimte, zijn de zonnestelsels die tot nu toe zijn ontdekt een teleurstelling. Van de sterren waar de methode op is toegepast, blijkt een op de tien een planetenstelsel te hebben. Maar het zijn bijna altijd, als je ons eigen zonnestelsel als de maat der dingen neemt, misbaksels. Het probleem is nog niet eens, dat er nog geen planeet bij is van het soort waar leven vermoedelijk gemakkelijk ontstaat. Dat zou natuurlijk prachtig zijn: iets van het formaat van de aarde, opgebouwd uit steen en ijzer en op een afstand van de bijbehorende ster die toelaat dat er vloeibaar water is. Onderzoekers denken dat zo'n planeet de beste voorwaarden biedt om er leven op te laten ontstaan.

Maar zo'n planeet ontdekken met de 'wiebelmethode' is nog niet mogelijk. Het beste waar de astronomen op dit moment op kunnen hopen is een planetenstelsel dat de andere kenmerken heeft van het onze: een aantal grote planeten, 'gasreuzen', op afstanden van hun ster die vergelijkbaar zijn met de afstanden die in ons zonnestelsel de planeten Jupiter en Saturnus van de zon hebben, in bijna cirkelvormige banen, die netjes ruimte laten voor kleinere planeten daarbinnen.

Tot nu toe leek het er echter op, dat dergelijke planetenstelsels er nauwelijks waren. Bijna alle tot nu toe ontdekte planeten zijn te groot, of draaien in onmogelijk langgerekte banen om hun ster, of staan er veel te dichtbij. Nu werkt de 'wiebelmethode' wel de ontdekking in de hand van reuzenplaneten, en helemaal als ze in een krappe baan langs hun zon razen en hun 'jaar' daardoor maar enkele van onze maanden of zelfs dagen duurt. Want grote planeten trekken hun ster harder heen en weer dan kleine. En als hun omlooptijd kort is, is ook het ritme waarin de ster beweegt sneller en kunnen astronomen de beweging gemakkelijker opmerken. De speurtocht naar wiebelende sterren is immers pas een jaar of tien aan de gang, en in die tijd heeft een planeet die bijvoorbeeld in veertig jaar rond zijn ster draait, nog maar een kwart wiebel veroorzaakt: te weinig om met zekerheid als planeet te worden herkend. Hoe langer er gekeken wordt, des te meer 'gewone' planeten er zouden moeten opduiken.

Er zal dus enige opluchting hebben geheerst op de conferentie in Parijs waar Engelse, Amerikaanse en Australische astronomen afgelopen week de ontdekking bekendmaakten van een zonnestelsel dat, voor zover dat nu te zien is, precies goed is. Rond de ster HD70642 in het zuidelijke sterrenbeeld Achtersteven, draait een planeet die twee keer zo zwaar is als Jupiter en die in zes jaar om zijn ster heen gaat. Als je die planeet zou overbrengen naar ons zonnestelsel zou hij precies tussen Mars en Jupiter in staan. Zonnestelsels zoals dat rond HD70642 zijn eersteklas kandidaten om te bestuderen met andere methoden die astronomen aan het ontwikkelen zijn om planeten te vinden, en waarmee je wel 'aardes' zou kunnen vinden.

Het meten van de helderheid van het sterrenlicht bijvoorbeeld. Als een gelukkig toeval wil dat we precies tegen de zijkant aankijken van een zonnestelsel, dan schuift zo nu en dan elke aanwezige planeet voor de ster langs en verduistert die hem een heel klein beetje. De kleine vermindering van de helderheid zegt iets over de grootte van de planeet. En als je instrumenten heel gevoelig zijn, kun je misschien zelfs aan de extra verzwakking van speciale golflengten zien of er een atmosfeer is en of daar bijvoorbeeld zuurstof in zit. Zowel de Nasa als de Europese ruimtevaart-organisatie ESA heeft ruimtetelescopen op de tekentafel die over een jaar of tien dergelijke waarnemingen zullen kunnen doen.

Hoeveel kans maken die projecten om een zonnestelsel te vinden zoals dat van ons? Bij gebrek aan andere informatie zou je moeten zeggen: die kans is heel groot, want anders zou de mensheid op een wel heel bijzondere plek in het heelal wonen, en tot nu toe is juist telkens gebleken dat de aarde heel gewoon is: een planeet rond een heel gemiddelde ster die bepaald niet in het middelpunt staat van een heel gewoon melkwegstelsel. Maar inmiddels is er meer bekend over wat er rond andere sterren draait, en zelfs na de laatste aankondiging stemt dat niet optimistisch: van de ruim honderd na veel moeite ontdekte zonnestelsels is er maar een géén misbaksel. Hoe gewoon zijn planetenstelsels nu precies? Om die vraag te beantwoorden kijken astronomen ook naar sterren die nog maar net ontstaan zijn.

Een ster wordt geboren als een wolk gas en stof zich onder zijn eigen zwaartekracht samentrekt. Als al dat materiaal naar elkaar toe valt en op elkaar botst, gebeuren er twee dingen: het centrum wordt enorm heet, waardoor kernreacties op gang komen en de ster zelf ontstaat, en de oorspronkelijke beweging van de wolk om zijn as wordt versterkt, alsof de ster een kunstschaatser is die bij een pirouette zijn armen intrekt. Die versnelde draaiing houdt een deel van de wolk buiten de ster: dat wordt een ronddraaiende schijf van stof en gas waaruit uiteindelijk de planeten zullen ontstaan. En zo moeilijk als het is om planeten door een telescoop te zien, zo gemakkelijk is het om een stofschijf waar te nemen. Met telescopen die infrarode warmtestraling waarnemen zijn er al veel sterren in dit stadium, de zogenaamde T-Tauri sterren, bestudeerd.

Op de zomervergadering van de Amerikaanse vereniging van sterrenkundigen, AAS, vorige maand in Nashville, vlogen de deskundigen elkaar over die waarnemingen fors in de haren. Want Elizabeth Lada van de universiteit van Florida in Gainesville en Karl Haisch van de universiteit van Michigan in Ann Arbor hadden een vervelende mededeling: die stofschijf leeft niet lang genoeg om planeten te vormen. Lada deed waarnemingen aan een heleboel

T-Tauri sterren in een aantal sterhopen. Sterren in zo'n verzameling zijn allemaal ongeveer op hetzelfde moment geboren. De verschillende sterhopen gaven haar daardoor een kijkje in de ontwikkeling die de stofschijf rond een jonge ster doormaakt, en hoe dat verschilt bij sterren van verschillende massa. Haar conclusie: na pakweg drie miljoen jaar is bij de meeste sterren de stofschijf verdwenen. Hoe dat komt is niet zeker, het stof zou weggeduwd kunnen zijn door het licht van de ster, of verspreid door de aantrekkingskracht van langskomende andere sterren, maar de conclusie is er niet minder deprimerend om: planetenstelsels moeten behoorlijk zeldzaam zijn. Want er is met computermodellen flink gerekend aan de manier waarop in zo'n schijf het stof samenklontert tot grotere en grotere deeltjes en uiteindelijk planeten. En volgens die modellen duurt dat toch wel tien miljoen jaar. Nu zou je natuurlijk kunnen concluderen dat die modellen dus fout zijn, maar die uitweg leek in Nashville niemand erg begaanbaar te vinden.

Er was wel een ander sprankje hoop, aangedragen door Jeff Bary en David Weintraub van Vanderbilt University in Nashville. Zij vermoeden dat de stofschijven die Lada ziet verdwijnen helemaal niet weg zijn, maar juist al hard op weg om zich in planetenstelsels om te zetten. Naarmate stof samenklontert tot een steeds kleiner aantal objecten, via gruis tot meteorieten ter grootte van een knikker, een voetbal, een berg en uiteindelijk een planeet, krijgt het in totaal een steeds kleiner oppervlak en zal het dus ook steeds minder warmtestraling uitzenden. Uiteindelijk wordt het daardoor voor infrarood-telescopen op aarde onzichtbaar.

Om hun idee te testen, bedachten Bary en Weintraub hoe ze de schijf toch nog zouden kunnen waarnemen. Als het stof niet weg is, maar alleen sterk geconcentreerd, is vast ook het gas niet weg. Het gas in een stofschijf bestaat uit gewone waterstofmoleculen, die normaal gesproken geen licht uitzenden. Maar in het midden van de schijf straalt die jonge ster, die onder andere röntgenstraling uitzendt. Röntgenstraling kan waterstofmoleculen prikkelen tot het uitzenden van licht van een heel speciale golflengte.

Naar zulk licht gingen Bary en Weintraub op zoek, bij een ster die zo te zien zijn schijf kwijt was. En ze vonden het. Niet veel, maar wat ze zien is, denken ze zelf, het topje van de ijsberg. En als ze gelijk hebben, moet de theorie van de vorming van planetenstelsels hoogstens een beetje worden herzien. Dan blijft gelden dat planeten zoals de aarde, ook al heeft niemand er ooit een gezien, best heel talrijk kunnen zijn. En dat we het dus niet alleen hoeven te hebben van de bevroren woestijn waar al die ruimteverkenners nu naar onderweg zijn.

Een telescoop in Australië heeft een zonnestelsel ontdekt dat veel weg heeft van dat van ons. En op Cape Canaveral staat alweer een ruimtevaartuig klaar dat morgen zou moeten vertrekken voor een landing op Mars. Al die inspanning is gericht op hetzelfde doel: we zoeken een plek in de ruimte die iets weg heeft van de aarde. Is zo'n plek er wel?

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden