Op 5500 lichtjaar afstand van de aarde cirkelt rond de exoplaneet Kepler 1708b mogelijk een gigantische exomaan.

De afgelopen jaren hebben astronomen duizenden kandidaat-exoplaneten ontdekt. En afgaand op wat we in ons eigen zonnestelsel zien, zou je verwachten dat rond een flink aantal van die exoplaneten ook manen draaien. Maar bewijs daarvoor ontbreekt tot op heden. “Naar verwachting zijn exomanen klein en worden hun signalen snel ondergesneeuwd door die van de veel grotere planeet waar ze omheen cirkelen,” legt onderzoeker David Kipping desgevraagd aan Scientias.nl uit. “Dat maakt het veel lastiger om exomanen te vinden. Bovendien zijn er voor dit soort onderzoek veel minder geld en middelen beschikbaar dan voor de zoektocht naar planeten.”

Kepler-1708b-i
En toch denken Kipping en collega’s nu een exomaan op het spoor te zijn. Het zou gaan om een flink exemplaar dat voorlopig Kepler-1708b-i is gedoopt. De maan zou 2,6 keer groter zijn dan de aarde en cirkelt rond de exoplanet Kepler-1708b die zich op zijn beurt qua grootte weer kan meten met Jupiter.

Methode
De astronomen kwamen de kandidaat-exomaan op het spoor toen ze zich bogen over gasreuzen die met behulp van ruimtetelescoop Kepler middels de transitmethode (zie kader) zijn ontdekt. Ze richtten zich daarbij specifiek op 70 exoplaneten die een lange omlooptijd hadden en dus op behoorlijke afstand van hun moederster stonden. Die keuze werd mede ingegeven door het feit dat we in ons zonnestelsel met name veel aantreffen rond de op een behoorlijke afstand van de zon gesitueerde gasreuzen Jupiter en Saturnus; samen herbergen deze planeten meer dan 100 manen. Zoveel manen konden rond de 70 Kepler-planeten niet worden aangetroffen; uiteindelijk werd in de Kepler-data slechts één signaal gevonden dat voorzichtig hint op de aanwezigheid van een exomaan.

Transitmethode
Ruimtetelescoop Kepler heeft duizenden (kandidaat-)exoplaneten ontdekt met behulp van de transitmethode. De ruimtetelescoop staarde hierbij langdurig naar sterren in de hoop er getuige van te zijn dat hun helderheid regelmatig afnam. Zo’n regelmatige dip in de helderheid kan namelijk wijzen op de aanwezigheid van een planeet die terwijl deze zijn baantjes om de moederster trekt regelmatig tussen de moederster en Kepler in komt te staan en daarbij kortstondig een heel klein deel van het sterlicht tegenhoudt. Voor dit nieuwe onderzoek bogen de wetenschappers zich nog eens over de lichtcurves die eerder het bestaan van 70 gasreuzen hadden verraden, in de hoop daarin ook een aanwijzing te vinden dat één of meer van die planeten in het gezelschap van een exomaan voor hun moederster langs hadden bewogen.

Voor nu gaat Kepler-1708b-i de boeken in als kandidaat-exomaan. Dat betekent dat er weliswaar aanwijzingen zijn dat de maan bestaat, maar dat dat nog niet bewezen is. Meer waarnemingen zijn nodig om het bestaan van Kepler-1708b-i te bevestigen, zo benadrukt ook Kipping. “Kepler is niet langer operationeel, dus we kunnen de kandidaat-exomaan niet langer monitoren met behulp van dezelfde telescoop. Maar we kunnen wel de Hubble- of James Webb-ruimtetelescoop gebruiken om er nog eens naar te kijken.” Op korte termijn hoeven we echter geen uitsluitsel te verwachten. “We moeten sowieso wachten tot maart 2023, dan beweegt de planeet pas weer voor de moederster langs.”

Fluctuaties
Kipping heeft goede hoop dat het bestaan van de exomaan vroeg of laat bevestigd kan worden. Maar niet iedereen is overtuigd. “Het kan ook gewoon een fluctuatie in de data zijn,” zo stelt astronoom Eric Agol (niet betrokken bij het onderzoek). En het moet worden toegegeven: dat is zeker niet ondenkbaar. Zo zou het signaal dat op de aanwezigheid van een exomaan hint bijvoorbeeld ook het resultaat kunnen zijn van veranderingen in of op de moederster. Maar die kans is klein, zo stelt Kipping. “Sterren zijn geen perfecte lichtbronnen; door allerlei effecten op het steroppervlak en daaronder fluctueert hun helderheid door de tijd heen iets en dat manifesteert zich ook in onze data. Maar wij hebben berekend dat de kans dat we dergelijke fluctuaties onterecht aanzien voor een exomaan ongeveer 1 procent is.”

Ontstaan
De toekomst moet uitwijzen of rond Kepler-1708b echt een flinke maan draait. Mocht het bestaan van de kandidaat-exomaan de komende jaren inderdaad bevestigd worden, dan brengt dat bijna automatisch veel nieuwe vragen met zich mee. Zo vormt de maan een fikse uitdaging voor de theorieën die astronomen nu gebruiken om de totstandkoming van manen te beschrijven. “Alle theorieën over de totstandkoming van manen zijn gebaseerd op wat we in ons eigen zonnestelsel zien,” stelt Kipping. “Een grote maan (zoals Kepler-1708b-i, red.) vormt een uitdaging voor die huidige theorieën, omdat we simpelweg niet zulke grote manen in ons zonnestelsel zien.” Het wil echter niet zeggen dat grote manen zoals de vermeende Kepler-1708b-i onverklaarbaar zijn. “Natuurkundig gezien is het wel mogelijk om manieren te bedenken waarop zulke grote manen vorm kunnen krijgen.” Zo zou het kunnen dat Kepler-1708b-i in beginsel net zo ontstaan is als planeten en ook uit had kunnen groeien tot een flinke gasreus, maar ergens halverwege door een andere, veel grotere, planeet – zoals Kepler-1708b – is ingevangen en vanaf dat moment gedoemd was om als maan door het leven te gaan.

In ons zonnestelsel zien we dat exomanen vrij veelvoorkomend zijn; alle planeten – met uitzondering van Venus en Mercurius – bezitten er wel. En inmiddels weten we dat ook dwergplaneten – zoals Pluto – en zelfs sommige planetoïden in ons zonnestelsel over manen beschikken. Afgaand op het feit dat er nu bij 70 gasreuzen buiten ons zonnestelsel naar manen is gezocht en bij slechts één van die planeten een signaal is gespot dat kan wijzen op de aanwezigheid van een maan, zou je voorzichtig kunnen concluderen dat manen buiten ons zonnestelsel een stuk zeldzamer zijn. Maar Kipping kan zich in die conclusie echt niet vinden. “Kepler kan in het beste geval werelden detecteren die ongeveer net zo groot zijn als de aarde, maar in de meeste gevallen blijft het bij mini-Neptunussen of grotere werelden. Geen van de manen in ons zonnestelsel kan zich qua grootte met een mini-Neptunus meten; qua straal komen ze niet verder dan 40 procent de straal van de aarde.” In die zin kan bij wijze van spreke elke exoplaneet over tig manen beschikken die qua grootte doen denken aan de manen in ons zonnestelsel, zonder dat we die met Kepler ooit zouden spotten. “Als Kepler ooit een exomaan zou detecteren, dan moet die wel veel groter zijn dan de aarde.”

Kepler-1708b-i is overigens niet de eerste kandidaat-exomaan die Kipping en collega’s presenteren. In 2017 kwamen ze ook al met een kandidaat-exomaan op de proppen. Deze zou rond de Jupiter-achtige planeet Kepler-1625b cirkelen en zelfs nog groter zijn dan Kepler-1708b-i. Ook het bestaan van die exomaan is echter nog niet bevestigd. Het weerhoudt Kipping er niet van om door te blijven zoeken. Graag herinnert hij ons er daarbij aan dat men over het bestaan van exoplaneten nog niet eens zo heel lang geleden ook vrij sceptisch was. Maar inmiddels kijken we al bijna niet meer op van het nieuws dat er wéér een exoplaneet is ontdekt. Of het met de exomanen net zo rap zal gaan, blijft afwachten. Maar Kipping is opnieuw optimistisch. “Mijn team heeft het afgelopen jaar verschillende nieuwe methodes ontwikkeld waarvan we denken dat ze de boel wel een beetje gaan opschudden. En daarnaast zijn we natuurlijk ook heel enthousiast over de potentie van de James Webb-telescoop.”