Een recente ontdekking door sterrenkundigen werpt nieuw licht op de vorming van planeten buiten ons zonnestelsel.
Uit een Amerikaanse studie, die gepubliceerd werd in het vakblad The Astronomical Journal, blijkt dat zogenoemde ‘superaardes’ — planeten die groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan ijsreuzen zoals Neptunus — veel moeilijker ontstaan rond oude sterren dan voorheen gedacht. Het onderzoek keek naar de relatie tussen de hoeveelheid zware elementen in sterren (hun metalliciteit) en de aanwezigheid van superaardes.
Wat is metalliciteit?
De metalliciteit van sterren neemt toe naarmate nieuwe generaties sterren worden gevormd. Dit komt doordat de allereerste sterren voornamelijk uit waterstof en helium bestonden, de lichtste elementen die kort na de oerknal ontstonden. Deze eerste sterren creëerden in hun kernen zwaardere elementen, zoals koolstof en ijzer, via kernfusie. Wanneer deze sterren aan het einde van hun leven explodeerden in supernova’s, werden die zware elementen verspreid in de ruimte. Het gas dat overbleef vormde nieuwe sterren, die daardoor meer metalen bevatten dan hun voorgangers. Zo neemt de metalliciteit in het heelal geleidelijk toe met elke nieuwe generatie sterren. Met andere woorden: hoe ouder een ster, hoe lager de metalliciteit.
Bepaalde soorten planeten vormen moeilijker rond metaalarme sterren
Het was al langer bekend dat sterren met een lagere metalliciteit het moeilijker hebben om zogenoemde sub-Saturnussen en sub-Neptunussen te vormen. Een sub-Saturnus is een exoplaneet die qua massa en grootte tussen die van Neptunus en Saturnus in ligt, kleiner dan Saturnus maar groter dan Neptunus. Sub-Neptunussen zijn dan weer exoplaneten die kleiner zijn dan Neptunus maar groter dan zogenoemde superaardes, vaak met een dikke atmosfeer van gas, maar ze kunnen ook aanzienlijke hoeveelheden ijs of vloeistof bevatten, waardoor ze niet altijd als gasreuzen worden beschouwd.
Ook superaardes hebben metaalrijke sterren nodig
De onderzoekers ontdekten nu ook een verband tussen de metalliciteit van sterren en de vorming van superaardes. Een superaarde is een planeet die groter is dan de aarde, maar kleiner dan ijsreuzen. Het team analyseerde gegevens van NASA’s TESS-satelliet, die speurt naar exoplaneten. Ze richtten hun aandacht op 10.000 sterren met een zeer laag metaalgehalte. Volgens bestaande theorieën hadden ze ongeveer 68 superaardes moeten aantreffen. Het resultaat was echter verbijsterend: geen enkele superaarde werd gevonden. De wetenschappers spreken daarom van een ‘kosmische klif’: onder een bepaalde metalliciteitsdrempel lijkt de vorming van superaardes abrupt te stoppen.
De implicaties van deze ontdekking zijn verstrekkend. Het suggereert dat superaardes pas ongeveer 7 miljard jaar geleden begonnen te ontstaan – ruwweg halverwege de leeftijd van het heelal. Vóór die tijd was het universum simpelweg te ‘metaalarm’ om deze planeten te laten vormen. Voor astrobiologen, wetenschappers die op zoek zijn naar leven in het heelal, is deze ontdekking van groot belang. Het helpt hen hun zoektocht te verfijnen en zich te richten op de meest kansrijke plekken in de kosmos. “Je wilt niet zoeken in gebieden waar geen leven mogelijk is of in gebieden waarvan je niet eens denkt dat je er een planeet zult vinden”, zegt Kiersten Boley, hoofdauteur van de studie.
Verder onderzoek is nodig
Hoewel deze studie een belangrijke stap voorwaarts is, roept ze ook nieuwe vragen op. Hoe zit het bijvoorbeeld met kleinere rotsachtige planeten zoals de aarde? En wat betekent dit voor de kans op leven in regio’s met een hoge concentratie van metaalarme sterren? Toekomstige ruimtetelescopen, zoals NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope en ESA’s PLATO-missie, zullen helpen deze vragen te beantwoorden. Ze zullen nog dieper de kosmos in kunnen kijken en ons een nog beter beeld geven van waar en wanneer planeten zich vormen. “Die instrumenten zullen echt van vitaal belang zijn om uit te zoeken hoeveel planeten er zijn en om zoveel mogelijk vervolgwaarnemingen te doen”, aldus Boley.
