Volgens de klassieke modellen die wetenschappers nu gebruiken om de totstandkoming van planeten te beschrijven, is de planeet in kwestie – met het oog op de zon waar deze omheen cirkelt – veel te groot. Eigenlijk zou de uit de kluiten gewassen planeet – in ieder geval volgens onze modellen – dan ook niet moeten bestaan. Maar dat doet ‘ie dus wel.
En dat maakt het een uitermate interessante vondst, zo schrijft een internationaal team van onderzoekers in het blad Science. In hun onderzoeksartikel presenteren de wetenschappers de planeet LHS 3154b. De planeet heeft een massa die ongeveer 13 keer groter is dan de massa van de aarde en draait in een uiterst nauwe baan om zijn moederster heen. “De afstand tussen de planeet (LHS 3154b) en de ster (LHS 3154) is vergelijkbaar met 0,022 keer de afstand tussen de aarde en de zon,” zo vertelt onderzoeker Yamila Miguel, verbonden aan het Nederlandse Instituut voor Ruimte-onderzoek (SRON) aan Scientias.nl. Door die geringe afstand heeft de planeet slechts 3,7 dagen nodig om een volledig rondje om zijn moederster te trekken.
Bijzondere planeet
Nu worden er de laatste jaren natuurlijk regelmatig planeten ontdekt. Toch is de ontdekking van LHS 3154b bijzonder. En dat heeft vooral te maken met de massa van de planeet en zijn moederster. LHS 3154b kan zich qua massa namelijk meten met ‘onze’ Neptunus. Maar in tegenstelling tot Neptunus draait de planeet niet rond een vrij grote, zonachtige ster, maar juist rond een ster die klein en koel is. En dat is tamelijk raadselachtig, aldus onderzoeker Suvrath Mahadevan. “We zouden namelijk niet verwachten dat zo’n zware planeet rond een ster met zo’n lage massa kan bestaan.”
Gas- en stofschijf
Hoe zit dat precies? “Nadat een ster geboren is, vormt zich uit het materiaal dat na de stervorming is overgebleven een gas- en stofschijf rond de jonge ster,” legt Miguel uit. Uit die schijf kunnen in een later stadium planeten worden gevormd. “En hoe zwaarder de ster, hoe zwaarder ook het overgebleven materiaal en dus die schijf wordt. Om een planeet zo zwaar als Neptunus te vormen heb je best een zware schijf nodig en aangenomen wordt dat schijven rond koele en kleine sterren als LHS 3154 vrij klein zijn, waardoor het dus ook een uitdaging is om het materiaal dat je voor zo’n zware planeet nodig hebt, te verzamelen. Sterker nog: dat is volgens onze modellen eigenlijk onmogelijk. En dat maakt deze planeet heel interessant; het trekt de klassieke theorieën over planeetvorming in twijfel.”
De ontdekking
Volgens onze ideeën omtrent de vorming van planeten zou de zware LHS 3154b dus eigenlijk niet moeten bestaan. Maar de planeet cirkelt toch echt om de kleine moederster LHS 3154b heen, zo blijkt uit metingen van de Habitable-zone Planet Finder (zie kader).
De Habitable-zone Planet Finder is een vrij nieuw instrument dat onderzoekers in staat stelt om planeten te ontdekken die zich vrij dicht bij hun moederster bevinden. “Het instrument maakt gebruik van de radiale snelheid-methode, ook wel Doppler spectroscopie genoemd,” zo legt Miguel uit. “Hierbij worden exoplaneten gedetecteerd aan de hand van de snelheid waarmee een ster naar ons toe of van ons vandaan beweegt. Die beweging veroorzaakt namelijk een Dopplerverschuiving in het lichtspectrum van de ster. Simpeler gezegd is het zo dat een ster, op het moment dat daar een planeet omheen cirkelt, niet helemaal stil staat, maar – doordat de zwaartekracht van de planeet aan de ster trekt – een heel kleine cirkel- of ellipsvormige beweging maakt.” De ster beweegt daardoor soms van ons vandaan en soms naar ons toe en dat veroorzaakt een verandering in het spectrum van de ster. “Wanneer de ster naar ons toe beweegt, worden de lichtgolven samengedrukt, waardoor het licht ietsje blauwer lijkt. Dat noemen we een blauwverschuiving. Wanneer de ster van ons vandaan beweegt, worden de lichtgolven ervan uitgerekt, waardoor het licht ietsje roder lijkt. Dat is een roodverschuiving. En wij gebruiken de Habitable-zone Planet Finder om die verandering in het lichtspectrum van sterren (en daarmee dus indirect ook de planeten die eromheen draaien, red.) te detecteren. En zo hebben we ook deze exoplaneet ontdekt.”
Mogelijke verklaringen
Dat deze ‘onmogelijke’ planeet toch bestaat, wringt dus met de modellen die onderzoekers gebruiken om de planeetvorming te beschrijven. En de ontdekking dwingt wetenschappers dan ook om verder te gaan kijken. Dat doen ze reeds in hun onderzoeksartikel. Daar presenteren ze een aantal verklaringen voor het bestaan van deze planeet die volgens modellen geen bestaansrecht heeft. “Zo kan het zijn dat de protoplanetaire gas- en stofschijf waaruit de planeet is ontstaan een grotere massa had dan de klassieke theorie voorspelt,” vertelt Miguel. “Een andere mogelijkheid is dat deze schijf meer stof herbergde, wat de kans op de vorming van planeten met een grotere massa vergroot. Maar het kan ook zijn dat het materiaal zodanig over de schijf gedistribueerd was dat het stof zich vooral in het binnenste deel van de schijf ophoopte, waardoor deze planeet (die dus heel dicht bij zijn moederster staat, red.) kon ontstaan. Maar voor al deze scenario’s geldt dat ze afwijken van het klassieke beeld dat we hebben van de vorming van grote planeten.”
En dus moeten onderzoekers aan de bak. “Van de planeetvormende schijf rond LHS 3154, een ster met een lage massa, verwachtten we dat deze niet genoeg materie herbergde om deze planeet te maken,” aldus Mahadevan. “Maar de planeet is er, dus nu moeten we ons begrip van hoe planeten en sterren ontstaan, opnieuw onder de loep nemen.” Miguel sluit zich daarbij aan. “Dit onderzoek vertelt ons dat er meer manieren zijn om grote planeten te vormen dan de klassieke theorie voorspelt.”
