Astronomie

Een gids voor eenzame planeten in de Melkweg

Eerder deze week leerde de serie Cosmos: A Spacetime Odyssey veel kijkers over het concept van ‘solitaire’ planeten.

Door Nadia Drake
Foto's Van NASA

13 maart 2014

Solitaire planeten vormen onherbergzame werelden. Ze hebben geen zonsopgangen of zonsondergangen omdat deze eenzame werelden, in tegenstelling tot de planeten die we beter kennen, geen eigen ster hebben. In plaats daarvan reizen ze in solitaire bogen rond de kern van de Melkweg.

“De Melkweg bevat er miljarden, die op drift zijn in een eeuwige nacht. Ze zijn tijdens de chaotische geboorte van onze eigen zonnestelsels verstoten van hun moedersterren”, vertelt Neill DeGrasse Tyson terwijl er een planeet uit het duister tevoorschijn komt. “Solitaire planeten hebben een gesmolten kern maar een bevroren oppervlak. Er kunnen oceanen met vloeibaar water in het gebied tussen deze twee uitersten zitten. Wie weet wat daar rondzwemt?”

In de dagen na de première van de show stroomden sociale media over van vragen van kijkers die zich afvroegen wat deze solitaire werelden nu precies zijn en of er echt miljarden van kunnen zijn, zoals Tyson beweerde.

Decennialang hypothetiseerden astronomen dat er planeten bestaan die vrij rondzweven. Wetenschappers hadden echter een manier nodig om ze te vinden. De twee bekendste manieren om exoplaneten te vinden, vertrouwen op veelbetekenende signalen van de sterren van die planeten: schommelingen die worden veroorzaakt door de zachte rukjes door de zwaartekracht van een planeet waar ze omheen draaien of de lichte verduistering die optreedt wanneer een planeet de aarde en de bijbehorende ster passeert.

Hoe kun je dan planeten zonder sterren vinden?

De beste methoden van dit moment bestaan uit het zoeken naar de warmte van een jonge solitaire planeet met behulp van infrarood en uit een techniek voor het waarnemen van zwaartekracht met een microlens – een techniek die goed werkt voor oudere, koudere planeten, vertelt astronoom David Bennett van de Universiteit van Notre Dame. De techniek met de microlens benut het vermogen van zwaartekracht om licht af te buigen en ermee te knoeien. Wanneer een enorm voorwerp – een solitaire planeet bijvoorbeeld – tussen een ster en de aarde doorzweeft, kan de planeet fungeren als een lens die het licht van de ster dat op aarde waarneembaar is afbuigt en aanpast. Over het algemeen geldt: hoe groter de planeet, hoe meer gevolgen voor het licht.

Tot nu toe kunnen we met geen van beide methoden gemakkelijk sterrenloze planeten vinden die kleiner zijn dan Jupiter of minimaal driehonderd keer de massa van de aarde hebben.

Hoe dan ook, de eerste observaties van deze ongebonden werelden vonden plaats aan het einde van de jaren negentig, toen een team van Japanse astronomen bewijs vond voor warme objecten met planetaire massa in het sterrenbeeld Kameleon, zo'n 500 lichtjaren bij ons vandaan. Al snel maakten andere teams melding van meer potentiële solitaire planeten in een cluster bij de ster Sigma Orionis in de Orionnevel, in de regio die samen het sterrenbeeld Stier vormen. Minder lang geleden, in 2012, beschreven astronomen een hete solitaire planeet (700 graden ℃) met de onhandige naam CFBDSIR2149-0403 op slechts 100 lichtjaren van ons verwijderd.

In 2011 kwam het bewijs van de ‘miljarden’ delen waarover Tyson het had. Een microlensonderzoek in Nature suggereerde dat de Melkweg minimaal 400 miljard werelden zonder sterren bevat en dat de eenzame planeten veel meer voorkomen dan sterren zoals onze zon. Gegevens van twee consortiums die de zogenoemde microlensmethode gebruikten wezen op 10 mogelijke vrije planeten die waren aangetroffen tijdens een tweejarig onderzoek naar het galactisch centrum van de Melkweg.

Op basis van vergelijkingen van de efficiëntie van de waarneming in beide onderzoeken, de waarschijnlijkheid van microlensgebeurtenissen en de verwachte hoeveelheid lichtafbuiging door planeten en sterren concludeerde het team dat deze ‘planetaire lenzen’ zich overal bevinden. „De analyse bevat statistische onzekerheden”, zegt Bennet. „Vierhonderd miljard planeten vormt waarschijnlijk een goede ondergrens.”

Niet iedereen is overtuigd. Ondanks de zorgvuldige werkwijze van de auteurs is het nog steeds mogelijk dat de waargenomen objecten slechts heel ver van hun sterren zijn verwijderd, dat ze bruine dwergen vormen, of dat de schattingen van hun aanwezigheid in de Melkweg kant nog wal raken.

Sinds 2011 is MOA echter hard aan het werk om grotere gegevenssets te analyseren en schattingen voor het aantal vrij zwevende planeten in de Melkweg te verfijnen. Tot nu toe ondersteunen nieuwe schattingen volgens Bennett de oorspronkelijke bevinding dat deze solitaire planeten echt veel voorkomen. Ook zijn er hints dat we mogelijk snel in staat zijn om kleinere ongebonden planeten met de massa van Neptunus te kunnen vinden – planeten die veel te klein zijn om te worden verward met mislukte sterren.

Nu nog even over die chaotische beginjaren. Astronomen vermoeden dat veel solitaire planeten door de interstellaire ruimte zweven omdat ze uit hun oorspronkelijke sterrenstelsels zijn gegooid. Dit proces lijkt voor te komen aan het begin van een nieuw stelsel, vertelt astrofysicus Greg Laughlin van de Universiteit van Californië in Santa Cruz. Wanneer planeten in jonge stelsels zich in hun baan plaatsen, kan het gedrang van hun zwaartekracht ertoe leiden dat broertjes of zusjes de ruimte in worden gestuurd.

Het is mogelijk dat zoiets ook in ons zonnestelsel heeft plaatsgevonden. Theorieën die het vroege zonnestelsel beschrijven, werken niet echt tenzij er een vijfde grote planeet – nog een Uranus of Neptunus – vanaf het begin aanwezig was (een van de problemen met deze modellen is dat de aarde soms eindigt in een botsing met Venus – iets waarvan we zeker weten dat het niet is gebeurd). Wanneer de planeten op een later moment beginnen te migreren, wordt die vijfde reus uit het zonnestelsel geduwd en de ruimte in gestuurd.

Maar hoe zit het met het tweede deel van Tysons citaat? Kunnen deze werelden echt gesmolten kernen en oceanen onder hun oppervlak hebben?

Het antwoord is, misschien verrassend, ja. Dit deel van het verhaal weergalmt een paper die in 1999 werd gepubliceerd door planeetwetenschapper David Stevenson van Caltech. Hij beschreef hoe planeten met een vergelijkbare massa als de aarde uit hun zonnestelsels werden geworpen en zich in de kosmische ruimte zouden kunnen bevinden. Stevenson suggereert dat als deze planeten een atmosfeer met waterstof zouden behouden, ze warm genoeg zouden kunnen blijven om onder hun oppervlak vloeibaar water te hebben. Zelfs zonder atmosfeer kan er een ondergrondse oceaan aanwezig zijn. Grotere planeten zijn volgens Stevenson over het algemeen warmer dan kleinere planten. Hij berekende dat een verstoten planeet met de omvang van Jupiter aan het oppervlak met slechts vijftien graden ℃ zou afkoelen.

Laten we hopen dat er beestjes – het liefst plesiosauriërs of laserhaaien – zijn die in deze solitaire, ondergrondse zeeën zwemmen.