Zoeken tussen vreemde zonnen

Planeten rond andere sterren lijken in drie groepen uiteen te vallen: rotsplaneten zoals de Aarde, gasreuzen als Jupiter, en een middengroep van 'gasdwergen', die ons eigen zonnestelsel niet kent.

BOSTON - Het zal nog heel lang duren - als het al ooit gebeurt - voor een door mensen gemaakt ruimtevaartuig aankomt bij een andere ster. Maar dankzij het scherpe oog van een ruimtetelescoop veel dichter bij huis, Kepler, kunnen astronomen toch een studie maken van de planeten rond andere sterren: exoplaneten. En als je ze bezig hoort, zou je haast denken dat ze wel degelijk ruimteverkenners tussen die verre werelden hebben rondvliegen, zo vertrouwd lijken ze met sommige van die objecten.

Op het congres van de American Astronomical Society, deze week in Boston, werd bijvoorbeeld bijna plechtig de aanstaande vernietiging in ogenschouw genomen van de planeten Kepler 56b en Kepler 56c. Die zullen over respectievelijk 129 en 155 miljoen jaar opgeslokt worden door hun ster, die oud is en daardoor opzwelt. Met verbazing werd Kepler 10c verwelkomd, een rotsachtige planeet als de aarde, maar dan wel, zo werd in Boston bekendgemaakt, 17 keer zo zwaar.

En dan was er een soort volkstelling van al die nieuw ontdekte zonnestelsels samen: die leverde op dat je ze kunt onderverdelen in drie nette groepen.

Die telling was gedaan door Lars Buchhave, een Deense sterrenkundige die werkt aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hij wilde vat krijgen op de grote variëteit aan planeten die Kepler heeft ontdekt.

Die ruimtetelescoop (die vorig jaar bijna fatale technische problemen kreeg, maar vorige maand aan een tweede leven begon als een iets minder nauwkeurig instrument) zoekt naar kleine flikkeringen in het licht van relatief nabije sterren. Die flikkeringen worden veroorzaakt doordat een planeet even tussen de ster en ons door gaat en dus voor een mini-verduistering zorgt.

Hoeveel zwakker het licht wordt, zegt iets over de grootte van de planeet. Door later met andere instrumenten te kijken hoe hard de ster naar ons toe en van ons af beweegt, via de zwaartekracht heen en weer gerukt door de eromheen draaiende planeet, kun je de massa daarvan te weten komen. In combinatie geven massa en grootte de dichtheid, het soortelijk gewicht van het materiaal waaruit de planeet bestaat. En dan weet je er opeens heel veel over, want die dichtheid kan flink variëren, zoals we uit ons eigen zonnestelsel weten: daar draaien zowel massieve steenklompen rond als bollen van ijs en gas.

Maar zien alle zonnestelsels er ongeveer zo uit, en wat bepaalt hoeveel van de ene en hoeveel van de andere soort een ster heeft? Buchhave had het idee dat de samenstelling van een zonnestelsel, hoeveel rotsplaneten en hoeveel gasreuzen, onder andere af zou kunnen hangen van de samenstelling van de wolk gas en stof waaruit een zonnestelsel ontstond.

Om dat materiaal, en ook de ster zelf, te karakteriseren hebben astronomen een merkwaardige vakterm: het metaalgehalte. Met metalen bedoelen ze alle elementen behalve waterstof en helium, de elementen die direct na het ontstaan van het heelal, de oerknal, al aanwezig waren. Alle andere elementen, iets van twee procent van het totaal in het universum, zijn later gemaakt door sterren. De 'metalliciteit' van sterren varieert daarom van plaats tot plaats en is in het algemeen groter in jonge sterren dan in oude.

Na een hoop gereken ontdekte Buchhave dat de zonnestelsels die Kepler tot nu toe heeft ontdekt in drie groepen uiteenvallen. In elke groep heeft een bepaald soort planeet de grootste kans om te ontstaan. De andere zijn er dan meestal ook nog wel, maar ze zijn doorgaans minder talrijk.

De meest metaalrijke sterren komen vaak met reuzenplaneten op de proppen, planeten die op Jupiter lijken. Dat verbaasde Buchhave's gehoor in Boston niet echt, het past goed in de theorie van hoe sterren en planeten ontstaan. Volgens die theorie begint het met een wolk gas en stof, waarin het materiaal onder invloed van zijn eigen zwaartekracht op elkaar kruipt. In het midden gebeurt dat op heel grote schaal en wordt een ster geboren, elders in de wolk, die dan de vorm van een schijf aanneemt, gebeurt het in mindere mate, en dan bij voorkeur met de zwaardere elementen, de 'metalen'. Uit die klonteringen ontstaan de planeten.

Sommige van die planeten worden zo groot dat ze op hol slaan: ze kunnen dan genoeg aantrekkingskracht uitoefenen om zelfs de lichte elementen waterstof en helium te kunnen vasthouden. Vanaf dat moment ontstaat een vicieuze cirkel: er komt heel veel waterstof en helium bij, omdat de gaswolk waarin de ster geboren wordt immers voor het grootste deel uit die elementen bestaat. Maar daardoor wordt de planeet heel snel nog zwaarder, waardoor hij nog meer waterstof en helium invangt: zo ontstaat binnen de kortste keren een gasreus als Jupiter.

Maar de weg naar de magische massa waarbij dat gebeurt is wel een race tegen de klok. Want ondertussen is in het midden van de schijf immers een ster aan het opstarten, en als die eenmaal flink schijnt, duwt het licht tegen het materiaal van de schijf aan: het veegt het de ruimte in. Dan stopt het groeien van de planeten. Daarom is een hoog metaalgehalte zo belangrijk: dat maakt dat jonge planeten met een redelijke vaart groeien en binnen de beschikbare tijd de juiste grootte bereiken om door te stoten naar het reuzendom. In een minder metaalrijke ster zul je veel vaker aarde-achtige planeten zien.

Opvallend is dat in de data ook een derde type zonnestelsel opduikt, dat hoort bij sterren met een middelmatig metaalgehalte. Dat wordt gedomineerd wordt door planeten van een soort dat ons zonnestelsel niet heeft: 'gasdwergen' noemt Buchhave ze, rotsplaneten die zo groot hebben kunnen worden dat ze een dikke atmosfeer van waterstof en helium om zich heen hebben kunnen trekken.

Dat ons zonnestelsel zulke planeten niet kent, is een aanwijzing dat het geen 'standaardzonnestelsel' is. Maar als er al zoiets bestaat, weten we niet eens hoe dat eruitziet, verzucht Buchhave. Kepler kan namelijk alleen planeten vinden die vrij dicht bij hun ster staan. Als ons zonnestelsel 500 lichtjaar weg stond, zou het instrument Jupiter al over het hoofd zien.

Maar Buchhave heeft wel enig vertrouwen dat zijn ontdekking van drie soorten zonnestelsels ook geldt voor zonnestelsels in hun geheel, inclusief het deel dat we niet zien. Hij baseert dat op een verdeel- en heers-tactiek met zijn gegevens: als hij de planeten in de lijst bekijkt die het verst van hun ster staan, blijkt de driedeling net zo duidelijk te zijn als wanneer hij kijkt naar de sterren die juist heel dicht op hun ster staan.

Hij ontdekte daarbij ook nog een ander effect: bij de planeten die verder weg stonden, zaten van elke soort doorgaans grotere exemplaren. Kennelijk is planeetvorming toch gemakkelijker als je wat verder van een ster af zit. Hoe dat nou precies komt, dat moeten de theoretici maar proberen te verklaren, zegt Buchhave opgeruimd.

Maar hij is wel tevreden met de in Boston aangekondigde ontdekking van die reuzen-rotsplaneet Kepler 10c: "Het bestaan daarvan heeft ons onderzoek in feite voorspeld."

undefined

Klap voor het leven

Het spannendste aan planeten-onderzoek blijft de speurtocht naar planeten die op aarde lijken en ook nog hun rondjes draaien op de juiste afstand van hun ster, niet te warm en niet te koud, ongeveer zoals hier. Die planeten lijken ideaal voor het ontstaan van leven.

En daar lijken er heel wat van te zijn. Met name rond rode dwergen zijn ze aangetroffen, sterren die wat kleiner en koeler zijn dan de zon, domweg omdat er veel meer van dat soort sterren zijn dan sterren die op de zon lijken.

Deze week nog maakten onderzoekers van het Carnegie Institution bekend twee exoplaneten te hebben gevonden, met behulp van telescopen op aarde, rond de 'Ster van Kapteyn'. Dat is een rode dwerg aan de zuidelijke sterrenhemel, die op maar dertien lichtjaar van de aarde staat en daarmee tot de dertig dichtstbijzijnde sterren behoort. Een van die exoplaneten lijkt op een geschikte afstand te staan om leven te kunnen herbergen. En gezien de hoge leeftijd van de ster en zijn planetenstelsel, twee keer zo oud als de aarde, heeft leven ook meer kans gehad te ontstaan.

Maar onderzoek van Ofer Cohen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics stemt pessimistisch over de kansen voor leven daar, of op andere planeten rond rode dwergen. Want die 'leefbare zone' zit bij een koele ster natuurlijk tamelijk dichtbij die ster, in vergelijking met de leefbare zone van bijvoorbeeld de zon.

En dan zit zo'n planeet dus helaas ook op een afstand waar schadelijke straling van de ster hem kan teisteren.

De aarde krijgt zulke straling, een stroom elektrisch geladen deeltjes die de zonnewind wordt genoemd, ook op zich af. Maar het magnetische veld van onze planeet is in staat om straling af te buigen, zodat het op het oppervlak rustig blijft. Een planeet dichtbij een rode dwerg wordt veel zwaarder bestookt, en dat tegen te houden is van het magnetische veld - als dat van een soortgelijke sterkte is als dat van de aarde - teveel gevraagd.

Cohen concludeert zelfs dat de zonnewind op den duur de complete atmosfeer van een planeet als de aarde zou kunnen wegslijpen, waarmee die voor het ontstaan van leven helemaal ongeschikt zou worden. Voor het zoeken naar leven, denkt hij, kunnen we dus beter mikken op zon-achtige sterren. Ook al zijn dat er helaas veel minder.

undefined

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.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden