De gasreus bevindt zich op een plek waar deze onmogelijk op conventionele manier gevormd kan zijn. En daarmee bevestigt deze wat onderzoekers al langer vermoeden: de natuur kan op verschillende manieren planeten knutselen.

Alle planeten zien het levenslicht in protoplanetaire schijven. Dit zijn gas- en stofschijven rond jonge sterren. Dergelijke stofschijven kunnen een breed scala aan planeten voortbrengen: van aardachtige werelden tot machtige gasreuzen. Hoe die laatstgenoemde planeten precies ontstaan, daar hebben onderzoekers wel ideeën over. Zo wordt aangenomen dat de meesten het levenslicht zien door ‘kernaccretie’. Tijdens dit proces komen kleine objecten in de protoplanetaire schijf – denk aan stofdeeltjes of kiezels – terwijl ze om de moederster cirkelen met elkaar in botsing, waarna ze samenklonteren. Zo ontstaat geleidelijk aan een planeetkern die – zodra deze voldoende massa heeft – gas uit diezelfde protoplanetaire schijf naar zich toe begint te trekken. Het resultaat is een gasreus: een planeetkern met daaromheen een enorm dikke jas van gassen.

Alternatieve methode
Tot zover is het een vrij eenduidig verhaal. Maar onderzoekers vermoeden al langer dat niet alle gasreuzen op dezelfde manier ontstaan. Zo zouden gasreuzen in theorie ook op veel abruptere wijze het levenslicht kunnen zien. En wel wanneer de protoplanetaire schijf afkoelt en onder invloed van de zwaartekracht uiteenvalt in één of meerdere fragmenten die zich vervolgens – veel sneller dan op de hierboven beschreven wijze – ontwikkelen tot Jupiter-achtige protoplaneten. Lang was er echter geen bewijs voor deze alternatieve vormingsmethode. Maar daar lijkt ruimtetelescoop Hubble nu verandering in te brengen.

AB Aurigae b
De telescoop heeft namelijk een planeet gespot die eigenlijk niet op de conventionele manier – oftewel door samenklontering van kleine deeltjes en het vervolgens vergaren van gassen – ontstaan kan zijn. Het gaat om de protoplaneet AB Aurigae b die zich nog altijd in de protoplanetaire schijf rond zijn piepjonge (slechts 2 miljoen jaar oude) moederster bevindt. De planeet is ongeveer 9 keer zwaarder dan Jupiter en – en dat is cruciaal – maar liefst 13 miljard kilometer verwijderd van zijn moederster. Dat betekent dat de afstand tussen de planeet en zijn moederster meer dan twee keer groter is dan de afstand tussen Pluto en onze zon!

Dat er op zo’n grote afstand van de ster een gasreus cirkelt, is volgens de onderzoekers veelzeggend. Want op zo’n grote afstand van de moederster zou het ontzettend lang duren – als het überhaupt al zou lukken – om een gasreus op de conventionele manier te vormen. “Kernaccretie vereist dat er verschillende aardmassa’s aan vaste materialen in een bepaald tijdsbestek (enkele miljoenen jaren) samenklontert,” vertelt onderzoeker Thayne Currie aan Scientias.nl. En op grotere afstand van de moederster gaat dat simpelweg allemaal niet snel genoeg. “Want de omlooptijd is langer en er is op zo’n grote afstand doorgaans minder vast materiaal voorhanden dan op bijvoorbeeld de afstand die er tussen onze Jupiter en de zon is. Om het heel simpel te stellen heeft een groeiende planeetkern op zeer grote afstand van de moederster minder te eten en daarnaast eet deze ook nog eens langzamer.” Dat rond AB Aurigae toch – slechts 2 miljoen jaar na de totstandkoming van deze ster en op enorme afstand van deze ster – een uit de kluiten gewassen gasreus te vinden is, hint er dan ook sterk op dat deze op een andere, veel rappere manier tot stand is gekomen. “Deze nieuwe ontdekking is sterk bewijs dat sommige gasreuzen gevormd kunnen worden doordat de protoplanetaire schijf instabiel is,” stelt onderzoeker Alan Boss.

Archief- en moderne beelden onthullen de beweging van de protoplaneet die tegen de klok in om de moederster cirkelt. Afbeeldingen: Thayne Currie (Subaru Telescope, Eureka Scientific Inc.), Alyssa Pagan (STScI).

Overigens is de grote afstand tussen de moederster en de protoplaneet niet de enige aanwijzing dat in deze protoplanetaire schijf op onconventionele wijze een planeet gevormd is. “De schijf waarin de planeet zich bevindt, heeft ook verschillende spiraalarmen,” vertelt Currie. En dat is iets wat onderzoekers verwachten te zien wanneer planeten door toedoen van instabiliteit in de protoplanetaire schijf het levenslicht zien. “Sterker nog: het AB Aurigae-systeem lijkt heel sterk op wat we in computersimulatie zien wanneer we planeetvorming door instabiliteit van de protoplanetaire schijf simuleren. De overeenkomsten zijn treffend.”

Waarnemingen
De onderzoekers baseren hun conclusies – verschenen in het blad Nature Astronomy – niet alleen op waarnemingen van Hubble. Ze deden voor de studie ook een beroep op waarnemingen van de Subaru-telescoop. “Het interpreteren van dit systeem is extreem uitdagend,” benadrukt Currie. Dat heeft natuurlijk alles te maken met het feit dat AB Aurigae b nog in de protoplanetaire schijf schuilgaat. “Dat is één van de redenen dat we Hubble nodig hadden voor dit project,” stelt Currie. “(We wilden, red.) het licht van de schijf kunnen scheiden van het licht van de planeet.” Ook voor het vaststellen van de omloopbaan van de protoplaneet kwam Hubble goed van pas; de telescoop gaat al een tijdje mee en dus waren er behoorlijk wat archiefbeelden waarop de planeet (achteraf gezien) bleek te pronken. Die beelden – in combinatie met archiefbeelden van Subaru – stelden de onderzoekers uiteindelijk in staat om de planeet om de ster te zien bewegen en het bestaan ervan te bevestigen.

“De natuur is slim,” zo concludeert Currie. “En deze kan planeten op verschillende manieren vormen.” Nu daar hard bewijs voor gevonden is, rijst natuurlijk de vraag of er niet nog veel meer op deze onconventionele manier gevormde gasreuzen op ontdekking wachten én of die onconventionele planeetvorming wel zo onconventioneel is. We vroegen het Currie en hij verwacht zeker dat kernaccretie toch de primaire methode is waarop gasreuzen het levenslicht zien en instortende protoplanetaire schijven dus tamelijk onconventioneel zullen blijven. “Om zo’n instabiele schijf te verkrijgen, moet deze ten eerste heel zwaar zijn en ten tweede heel efficiënt afkoelen. Er zijn echter maar weinig protoplanetaire schijven die zo massief zijn als die van AB Aurigae. Daarnaast impliceert het criterium van snelle afkoeling dat instabiliteit in de protoplanetaire schijf sneller op grote afstand van de ster (op 50 tot 100 keer de afstand tussen de aarde en de zon) plaatsvindt. Inmiddels weten we dat een groot deel van de sterren gasreuzen bezit, maar slechts een paar procent van die sterren bezitten gasreuzen op 50 tot 100 AU.” Dat gezegd hebbende, verwacht Currie echter wel dat er nog op onconventionele wijze gevormde gasreuzen op ontdekking wachten. Maar ze zullen – in vergelijking met gasreuzen die door kernaccretie zijn ontstaan – naar verwachting dus zwaar in de minderheid blijven.