20 januari 2016
In de extreem koude, donkere uithoeken van het zonnestelsel kan een onbekende planeet huizen die groter is dan de aarde. De aanwezigheid van de planeet, die ver voorbij Pluto om de zon zou moeten draaien, is af te leiden uit de merkwaardige omloopbanen van een handvol ijzige werelden.
Zoals woensdag in het Astronomical Journal werd beschreven, is de ‘handtekening’ van een grote, verborgen planeet in de vorm van zijn aantrekkingskracht te herkennen in de vreemde banen van deze afgelegen werelden. De zogenaamde Kuiper Belt Objects zijn onaangepaste stukken rots met buitenissige banen rond de zon die wetenschappers al jaren voor raadsels plaatsen.
Ze vormen een intrigerende aanwijzing voor de stelling dat er ergens in het zonnestelsel nog een negende planeet is, hoewel die planeet nog niet is waargenomen.
“Áls er nog een andere planeet in het zonnestelsel zou zijn, zou dit hem moeten zijn,” zegt Greg Laughlin van de University of California in Santa Cruz. “Het zou heel bijzonder zijn als we hem hadden gevonden. Laten we het hopen. Het zou geweldig zijn.”
Het team rekende uit dat als er inderdaad nog een planeet zou zijn, deze ongeveer tienmaal zo zwaar als de aarde zou moeten zijn, en ongeveer driemaal zo groot. Dat maakt hem tot een mini-Neptunus of een superaarde – een type planeet dat in enorme aantallen door sterrenstelsels wordt geproduceerd maar dat in onze directe kosmische omgeving vreemd genoeg afwezig is.
De planeet zou op zeer, zeer grote afstand van de aarde staan. Uit simulaties komt naar voren dat als de planeet het dichtst bij de zon staat, hij zo’n 200 tot 300 keer verder weg staat dan de aarde wanneer die de zon het dichtst nadert. Op de verste afstand van de zon draait deze planeet in de uiterste uithoeken van het zonnestelsel rond, tussen 600 en 1200 keer verder dan de aarde.
“Dit ding heeft een uitzonderlijk koude en langgerekte omloopbaan en heeft waarschijnlijk zo’n 20.000 jaar nodig om éénmaal rond de zon de draaien,” zegt Konstantin Batygin van Caltech, een van de twee mannen die dit team van planetendetectives vormen.
Planeet Negen
Batygin en zijn Caltech-collega Mike Brown waren aanvankelijk niet op zoek naar bewijzen voor een nieuwe planetaire buurman – dat gebeurde bij toeval. In 2014 had een ander team een object genaamd 2012VP113 ontdekt. Het hemellichaam wordt kortweg “Biden” genoemd en de omloopbaan ervan was mysterieus en vergelijkbaar met die van Sedna, een andere wereld die voorbij Pluto is gevonden.
Zowel Sedna en ‘Biden’ bevonden zich op tamelijk zwabberende banen rond de zon, wat erop wees dat een verafgelegen object hun banen en die van een handvol andere verre werelden in de war schopte.
Brown en Batygin bestudeerden zes van deze werelden nader en stelden vast dat ze omloopbanen volgden die niet door toeval konden zijn ontstaan. (“De kans daarop is een onwaarschijnlijke 0,007 procent,” zegt Batygin.) Vervolgens simuleerden ze het buitenste zonnestelsel en probeerden ze uit te zoeken hoe ze de waargenomen patronen konden reproduceren.
Al snel konden Batygin en Brown zwaartekrachteffecten van de Kuipergordel zelf uitsluiten, wat betekende dat ze op zoek waren naar één enkele kosmische stoorzender.
Ze voegden een grote planeet toe aan de simulatie en sleutelden aan de omloopbaan en massa ervan. Een planeet van tien aardmassa’s op een elliptische baan kon de mysterieuze banen van Sedna en Biden gemakkelijk verklaren, evenals de banen van andere afgelegen objecten in de Kuipergordel.
En het betekende tegelijk een verklaring voor een bizarre groep werelden die rond de zon draaien in een vlak dat loodrecht op het ecliptisch vlak van het zonnestelsel staat. “Op dat punt hielden we zo’n beetje op met lachen om onze eigen berekeningen,” zegt Batygin.
Hij en Brown vermoeden dat de planeet ooit veel dichter bij de zon ontstond en tijdens het jonge zonnestelsel naar buiten is geslingerd. Volgens Batygin was de zon nog in zijn lokale stellaire cluster genesteld en zouden omringende sterren de wegvliegende maverick in toom hebben gehouden en hebben verhinderd dat hij aan de zwaartekracht van de zon kon ontsnappen. Het is een plausibel verhaal, maar niet iedereen is overtuigd van de waarschijnlijkheid ervan.
“Ik sta altijd erg skeptisch tegenover beweringen over een extra planeet in het zonnestelsel,” zegt Hal Levison van het Southwest Research Institute. “I heb in mijn carrière heel wat van dat soort claims voorbij zien komen, en ze bleken allemaal onjuist te zijn.”
Finding ‘Negen’
Als zich daar inderdaad ergens een negende planeet zou bevinden, dan staat hij zó ver van de zon af en is hij zó vaag dat het geen verrassing is dat hij nog niet is waargenomen. “Dit ding is erg moelijk te spotten. Ik bedoel: wáánzinnig moeilijk om te zien,” zegt Laughlin, die berekende dat Pluto weleens 10.000 maal helderder zou kunnen zijn dan ‘Planeet Negen’.
Op zulke extreme afstanden zou zelfs een relatief grote planeet een warmtesignaal afgeven dat met de huidige technieken niet waarneembaar is; ook zou hij extreem weinig zonlicht reflecteren. Dat betekent dat astronomen die ernaar op zoek zijn, niet alleen ongelooflijk krachtige telescopen zullen moeten gebruiken maar ook moeten weten in welke richting ze de planeet moeten zoeken. Kortom, het gaat om het zoeken naar één enkel bewegend stipje in een oneindige en vrijwel ondroodringbare oceaan van sterren.
“We weten niet precies waar hij zich bevindt, anders hadden we er allang een telescoop op gericht en zouden we hem gewoon kunnen zien. Maar de hemel is héél erg groot en dit ding is waarschijnlijk héél vaag, afhankelijk van zijn afstand tot de zon,” zegt Chad Trujillo van het Gemini Observatory op Hawaï, die de planetoïde ‘Biden’ ontdekte.
Maar dat betekent zeker niet dat de wetenschappers het opgeven. Zo is de Subaru-telescoop op Hawaï geschikt voor deze taak, en Batygin en Brown zijn er al mee aan het zoeken. Trujillo zegt dat hij en zijn collega’s volgende maand beginnen met hun zoektocht langs de voorspelde omloopbaan van de planeet.
De eerste Planeet X
Het is niet de eerste keer dat wetenschappers de aanwezigheid van een grote, verafgelegen planeet hebben geopperd. Dit soort voorspellingen wordt al ruim een eeuw gedaan, en geen van de claims is ooit juist gebleken.
De bekendste ‘Planeet X’ was misschien wel die van Percival Lowell, die zeker was van het bestaan van een wereld die hij die naam gaf en die voorbij de baan van Neptunus zou moeten ronddraaien. De voorspellingen van Lowell zorgden voor een tientallen jaren lang durende wedloop om ‘Planeet X’ te vinden en leidden in 1930 tot de ontdekking van Pluto.
Maar Pluto was veel te klein om een verklaring te kunnen bieden voor de veelbetekende afwijkingen in de banen van Uranus en Neptunus waarop Lowell had gewezen. En die afwijkingen bleken het gevolg te zijn van onjuiste metingen, niet van de onzichtbare aantrekkingskracht van een negende wereld. In de 86 jaar die sinsdien zijn verstreken, zijn er nog veel van dat soort voorspellingen gedaan. En ze waren allemaal onjuist.
Maar misschien zal deze claim niet stranden in de verste uithoeken van de kosmos.
“Ik denk dat de studie van Batygin en Brown de eerste is die het bestaan van deze planeet overtuigend weet aan te tonen en de omloopbaan ervan tamelijk nauwkeurig kan voorspellen,” zegt Alessandro Morbidelli van het Observatoire de la Côte d’Azur. “Het is een heel solide argumentatie.”
