Reuzenplaneten groeien langzamer
Nederlandse en Amerikaanse sterrenkundigen hebben aanwijzingen gevonden dat grote, gasvormige planeten veel minder snel zijn uitgegroeid. Uit gegevens van de infraroodsatelliet ISO blijkt dat stofschijven rond sommige sterren waterstofgas bevatten. Tot nog toe ging men ervan uit dat dit gas al snel na het ontstaan van de ster zou zijn verdwenen. Planeten zoals Jupiter hebben daardoor veel langer de tijd om dit gas aan te trekken en groter te worden.
Momenteel zijn al meer dan vijftig planeten rond andere sterren dan onze zon ontdekt. De meeste daarvan zijn nog groter dan Jupiter, de grootste planeet van ons zonnestelsel. Hoe zulke reusachtige planeten kunnen zijn ontstaan is nog onduidelijk. Maar dankzij ESA’s infrarood-ruimtesterrenwacht ISO is nu een tipje van de sluier opgelicht.
Bij drie dichtbij gelegen sterren bevindt zich niet alleen stof in de platte schijven waaruit planeten ontstaan, maar ook nog moleculair waterstofgas. Die ontdekking, op 4 januari gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature, is opzienbarend omdat niemand verwachtte dat er nog gas in die schijven zou zijn. De sterren werden daarvoor al als ‘te oud’ beschouwd. Planetenstelsels ontstaan doorgaans al heel vroeg in het leven van een ster. Al direct na haar geboorte vormt zich een dikke, afgeplatte stofschijf rond de ster. In deze ‘protoplanetaire schijf’ botsen stofdeeltjes tegen elkaar, verkleven, en vormen steeds grotere gruisdeeltjes. Deze grotere deeltjes vegen nog meer stof op, groeien aan tot kleine rotsblokjes en uiteindelijk tot ‘planetesimalen’ (een soort miniplaneetjes). Door onderlinge botsingen ontstaan uiteindelijk (kernen van) planeten. Door hun steeds groter wordende zwaartekrachtswerking vegen die het resterende stof op en trekken ook het nog aanwezige gas rondom de ster aan.
Heel in het begin is de protoplanetaire stofschijf nog zo dik dat hij ondoorzichtig is. Het hele proces van stervorming en de daaropvolgende fase van planetenvorming is daardoor niet door een optische telescoop te volgen. Pas als nog maar een hele dunne schijf is overgebleven, wordt de ster zichtbaar. Al het gas, het belangrijkste bestanddeel van Jupiter-achtige reuzenplaneten, is dan verdwenen. Tenminste, zo leek het.
Met ESA’s infrarood-ruimtesterrenwacht ISO nam een team dat werd geleid door de astronomen Wing Fai Thi van de Sterrewacht Leiden en Geoffrey Blake van het California Institute of Technology, drie dunne stofschijven waar rondom de sterren Beta Pictoris, 49 Ceti and HD135344. Tegen alle verwachtingen in troffen de astronomen en hun medewerkers waterstofgas in de schijven aan. Dat betekent dat de planeetvorming er nog steeds kan doorgaan. Een van de sterren heeft nog genoeg gas om tien Jupiters te maken. Beta Pictoris heeft nog hooguit materiaal over voor een planeet zo groot als Saturnus.
“De nieuwe ontdekking wijst er op dat Jupiter-achtige planeten niet in een paar miljoen jaar maar veel langer, in een tijdsbestek van misschien wel twintig miljoen jaar ontstaan,” schrijven de auteurs in Nature. Volgens Ewine van Dishoeck, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit Leiden en winnares van de later deze maand uit te reiken Spinoza premie, werpt dit een heel nieuw licht op de theorie over het ontstaan van reuzenplaneten. ”Daar zijn twee modellen over,” vertelt Van Dishoeck. “Eén gaat uit van ‘instabiliteiten’ als gevolg van opeenhoping van materiaal. Daardoor stort een deel van de protoplanetaire schijf in met als gevolg een snel vorming van planeten. Het tweede model zegt dat eerst een kleine, aarde-achtige kern ontstaat die vervolgens door zijn zwaartekrachtswerking het gas en het resterende lichte materiaal uit de schijf aantrekt. In dat tweede model kan het ontstaan van planeten langer duren dan een paar miljoen jaar. Het onderzoek duidt op zo’n langzamer planeetvorming.”
De onderzoekers wijzen erop dat ze alleen het relatief warme gas (met een temperatuur van 80 Kelvin of -190 graden Celsius) in de schijf waarnamen. Er kunnen dus zelfs nog meer, koudere gassen in aanwezig zijn. Ze roepen op om nog meer sterren met dergelijke stofschijven te onderzoeken. Omdat dit alleen kan in infrarode (warmte)straling, die niet tot het aardoppervlak doordringt, moet dit worden gedaan door toekomstige infrarood-ruimtetelescopen. In 2007 lanceert ESA zo’n opvolger van ISO, het Herschel Space Observatory.
