De drie ‘planeten’ werden ontdekt door ruimtetelescoop Kepler, maar blijken nu – jaren later – helemaal geen planeten te zijn.

In plaats daarvan zijn het kleine sterren, zo schrijven onderzoekers deze week in The Astronomical Journal. In het blad wijzen ze tevens een vierde planeet aan die mogelijk helemaal geen planeet is.

Nieuwe metingen
De onderzoekers baseren hun conclusie op nieuwe metingen van de omvang van enkele vermeende planeten. Die metingen wijzen uit dat drie van de vier planeten te groot zijn om tot de planeten gerekend te worden en in plaats daarvan als kleine sterren bestempeld moeten worden. Het vierde exemplaar zit qua massa op de grens tussen planeet en ster en krijgt voor dit moment het voordeel van de twijfel. Maar het is goed mogelijk dat deze in de toekomst ook zijn planeet-status kwijtraakt.

Verdachte objecten
“De meeste exoplaneten zijn ongeveer net zo groot als Jupiter of veel kleiner,” legt onderzoeker Prajwal Niraula uit. “Twee keer de grootte van Jupiter is al verdacht.” Is een object veel groter dan dat, dan kan het in de meeste gevallen geen planeet zijn. En dat is wat onderzoekers nu voor drie objecten hebben vastgesteld. Heel concreet zijn we daardoor drie exoplaneten armer: Kepler-854b, Kepler-840b en Kepler-699b gaan in ieder geval als planeet in rook op. Om vervolgens als een kleine ster uit de as te herrijzen.

Kepler-747b houdt ondertussen het stempel ‘planeet’, maar krijgt er het stempel ‘verdacht’ bij. Nieuwe metingen wijzen namelijk uit dat deze planeet ongeveer 1,8 keer groter is dan onze eigen Jupiter. Daarmee kan deze zich meten met de grootste planeten waarvan het bestaan inmiddels wel onomstotelijk is vastgesteld. Het is dan ook niet onmogelijk dat Kepler-747b echt een planeet is, maar het is – ook gezien de grote afstand tot de moederster – ook weer niet vanzelfsprekend. Voor hetzelfde geld is het gewoon een kleine ster. Maar dat is op dit moment ook niet hard te maken.

Getijdenwerking
Grappig genoeg waren de astronomen die nu drie Kepler-planeten van hun planeet-status ontdoen, er helemaal niet op uit om vals-positieve signalen uit de rijke database van ruimtetelescoop Kepler te vissen. In plaats daarvan waren ze eigenlijk op zoek naar systemen met daarin duidelijke tekenen van getijdenvervorming. “Als je twee objecten hebt die dicht bij elkaar staan, zal de zwaartekracht van de één ervoor zorgen dat de ander eivormig of ellipsoïdaal wordt,” legt Niraula uit. Zo kan een moederster er met haar zwaartekracht voor zorgen dat een nabije planeet rugbybal-achtige proporties krijgt. En de mate van vervorming kan dan weer meer vertellen over zowel de massa van de planeet als die van de moederster.

Op jacht naar vervormde planeten in de Kepler-database stuitten de wetenschappers echter in het systeem Kepler-854b op iets vreemds. “Plotseling hadden we een systeem waarin we een enorm ellipsoïdaal signaal zagen en daarop wisten we meteen dat het niet afkomstig kon zijn van een planeet,” aldus onderzoeker Avi Shporer. “Toen dachten we: dit klopt niet.”

Inzoomen
De onderzoekers besloten daarom nader in te zoomen op zowel de ster als de vermeende planeet. Het bestaan van die vermeende planeet had Kepler in 2016 – zoals altijd – afgeleid uit dipjes in de helderheid van de moederster (zie kader).

Ruimtetelescoop Kepler detecteerde planeten met behulp van de transitmethode. De telescoop staarde langdurig naar sterren, in de hoop er getuige van te zijn dat de helderheid van die sterren met enige regelmaat af nam. Zo’n regelmatige afname of dip in de helderheid van het sterlicht kan namelijk wijzen op de aanwezigheid van een planeet die – terwijl deze zijn baantjes om de ster trekt – zo af en toe tussen Kepler en de moederster in komt te staan en daarbij een (klein) deel van het sterlicht tegenhoudt.

Het dipje in sterlicht kan echter niet alleen onthullen dat er een planeet rond een ster cirkelt. Het kan ook meer inzicht geven in de omvang van die planeet. Zo vertelt de mate waarin de helderheid van de ster afneemt meer over hoe de omvang van de planeet zich verhoudt tot de omvang van de moederster. En als je dus weet hoe groot de ster is, kun je uit de mate waarin de helderheid van die ster afneemt, ook aflezen hoe groot de planeet ongeveer moet zijn. In 2016 hebben onderzoekers op basis van die waargenomen dip en een inschatting van de omvang van de moederster dan ook een inschatting gemaakt van de omvang van Kepler-854b. En ze stelden vast dat het object een planeet moest zijn.

Gaia
Maar inmiddels zijn we meer dan 5 jaar verder en zijn onderzoekers veel beter in staat om de omvang van een ster – en daarmee dus ook de omvang van de planeet die eromheen cirkelt – vas te stellen. Het is allemaal te danken aan Gaia: een observatorium dat sinds 2013 de eigenschappen van miljoenen sterren in de Melkweg in kaart brengt. In 2016 had Gaia nog geen data over Kepler-854 verzameld en maakten onderzoekers op basis van de informatie die voorhanden was een inschatting van de omvang van Kepler-854 en vervolgens ook van Kepler-854b. Maar inmiddels is het 2022 en hebben onderzoekers dankzij Gaia veel nauwkeurigere metingen van Kepler-854. En die hebben onderzoekers er nu bij gepakt. En dat heeft verstrekkende gevolgen voor Kepler-854b. Op basis van de nieuwe stellaire metingen moet de vermeende planeet namelijk maar liefst drie keer zo groot zijn als Jupiter. “Het is onmogelijk dat het universum een planeet van zo’n omvang maakt,” stelt Shporer. “Dat bestaat gewoon niet.”

Onmogelijke planeten
Shporer is hierboven heel stellig: een planeet die drie keer groter is dan Jupiter bestaat niet. Zijn er dan echt geen grotere planeten bekend? We zijn het even nagegaan en stuitten al gauw op HD 100546b, die met een geschatte omvang van zo’n 7 keer de straal van Jupiter toch wel de kroon spant. Hoe is het bestaan van deze enorme planeet dan te verklaren? We vroegen het Shporer. “We kunnen de omvang (straal) van planeten op twee manieren vaststellen,” legt hij allereerst uit. “Middels empirisch bewijs en theoretisch begrip. Onder empirisch bewijs vallen bijvoorbeeld de honderden planeten die we voor hun ster langs hebben zien bewegen en waarvan we de massa direct konden meten. Theoretisch begrip daarentegen is een begrip van de natuurkundige processen die de straal van de planeet bepalen, zoals bijvoorbeeld de zwaartekracht die de planeet laat krimpen en de druk die deeltjes in de planeet op elkaar uitoefenen en waardoor de planeet juist uitzet. Op basis van dat laatste weten we dat planeten maximaal twee keer de straal van Jupiter kunnen bereiken. Er zijn wellicht enkele vreemde uitzonderingen: planeten die groter worden, bijvoorbeeld omdat ze nog heel jong zijn en zich dus in feite nog in hun geboorteproces bevinden en daardoor zowel nog steeds gas verzamelen als aan het samentrekken zijn. Maar die planeten zijn niet alleen heel zeldzaam, ze zijn ook bijzonder moeilijk nauwkeurig te meten.” Waar het ook lastig meten is, is bij de planeet HD 100546b, die we zo even al aanhaalden en die dus bijna zeven keer groter zou zijn dan Jupiter. “Dit is een planeet die direct is waargenomen, dus de straal is ingeschat met behulp van theoretische modellen, waarbij met name gekeken wordt naar de helderheid van de planeet. Er zijn dus geen directe metingen uitgevoerd. De foutmarge is dan ook groot; bijna 3 keer de straal van Jupiter. Daarnaast wordt vermoed dat de geschatte radius zowel gevormd wordt door de planeet zelf als door de gasschijf die deze nog steeds aan het vergaren is. Dat maakt het extra lastig om een inschatting te maken van de straal van HD 100546b.” De planeet kan dus een uitzondering zijn die de regel bevestigt, maar ook net zo goed veel kleiner zijn dan we nu denken.

Nog enkele planeten ontmaskerd
De ontmaskering van Kepler-854b riep natuurlijk de vraag op of er nog meer vals-positieve signalen in de Kepler-data verscholen zaten. De onderzoekers namen nog eens 2000 door Kepler ontdekte planeten onder de loep. Met behulp van de Gaia-data stelden ze voor elk van deze planeten vast hoe groot ze – op basis van veel nauwkeurigere metingen van hun moederster – waren. En zo werden nog enkele planeten gevonden waarvan de grootte dusdanig onderschat was dat het onmogelijk planeten konden zijn. “We hebben nu drie objecten die geen planeten zijn en de vierde is waarschijnlijk geen planeet,” concludeert Niraula.

Beter begrip
Het is volgens de onderzoekers niet aannemelijk dat er op vergelijkbare wijze in de toekomst nog heel veel meer planeten zullen sneuvelen. Ze wijzen erop dat de correcties voortkomen uit een beter begrip van de moedersterren. Dat begrip verbetert voortdurend, maar met Gaia is er wel een heel grote stap gezet. Het betekent niet dat we nu alles weten, maar wel dat toekomstige correcties waarschijnlijk veel kleiner zijn en niet direct leiden tot het sneuvelen van planeten.

Dat we nu wel afscheid hebben moeten nemen van enkele planeten lijkt misschien zuur. Maar dat moeten we anders zien, vindt Shporer. “Eigenlijk maakt onze studie de huidige lijst met planeten completer. Mensen vertrouwen op die lijst wanneer ze de planetenpopulatie als geheel bestuderen. Als zo’n lijst enkele indringers bevat, kunnen je resultaten onjuist zijn. Dus het is belangrijk dat de lijst klopt.”