Ver planetenstelsel met omlooptijden die precies op elkaar zijn afgestemd

Op zo’n honderd lichtjaar van de aarde hebben astronomen zes bijzondere exoplaneten (planeten buiten ‘ons’ zonnestelsel) gevonden, allemaal met een afmeting tussen die van de aarde en Neptunus. Astronomen vermoeden dat planeten van deze omvang rond meer dan de helft van alle zonachtige sterren in het universum draaien, maar het bijzondere aan de nieuwe vondst is dat alle zes de planeten met elkaar in resonantie zijn. Dit betekent dat hun cyclustijden precies op elkaar zijn afgestemd, net als een klok. Als een van de planeten bijvoorbeeld één keer om de zon draait, draait de andere twee keer om de zon. Een soort langeafstandsrelatie die waarschijnlijk maar bij 1 procent van alle planeetgroepen voorkomt.

De astronomen vonden de planeten met NASA-satelliet TESS en de Europese satelliet Cheops. Zij gedeeld hun ontdekking deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur.

“Het is geweldig dat de nu ontdekte werelden ons iets leren over de vorming van planeten”, zegt Ewine van Dishoeck, astronoom aan de Universiteit Leiden en niet betrokken bij het onderzoek. Hoewel planeten van deze omvang niet uniek zijn, is het nog steeds een mysterie hoe en onder welke omstandigheden ze precies ontstaan. “Wanneer zich een planeetgroep vormt, komen de planeten doorgaans in het allereerste begin met elkaar in resonantie, maar raken na verloop van tijd meestal uit balans. Er is slechts één grote planeet nodig, bijvoorbeeld een Jupiter, of een ster om voorbij te gaan en het zorgvuldige evenwicht wordt verstoord; de planeten veranderen van baan. Dan kun je een planeet bestuderen, maar misschien is de planeet pas veel later naar zijn huidige positie verplaatst en weet je nog steeds niet onder welke omstandigheden hij is ontstaan.”

Het feit dat de nieuw ontdekte planeten nog steeds in resonantie zijn, betekent waarschijnlijk dat hun opstelling intact is gebleven sinds hun vorming ongeveer een miljard jaar geleden. “Dat maakt het een prachtig laboratorium voor astronomen die onderzoeken hoe planeten precies ontstaan.”

Verschroeide Jupiters

Wat astronomen wel weten, is dat planeten zich waarschijnlijk vormen als klonten in een donutvormige schijf van gas en stof rond een jonge ster. De stofkorrels groeien langzaam uit tot grotere objecten en uiteindelijk ontstaan ​​er nieuwe werelden.

Astronomen zoeken naar planeten buiten ‘ons’ zonnestelsel door het licht van sterren te bestuderen. Wanneer een planeet, gezien vanaf de aarde, voor zijn ster langs beweegt, blokkeert de planeet wat sterlicht. Deze methode wordt de transitmethode genoemd. De afgelopen dertig jaar zijn er ruim vijfduizend verre werelden ontdekt: van gigantische, verschroeide Jupiters tot planeten die rond twee sterren draaien.

Met behulp van deze transitmethode heeft een team van astronomen, onder leiding van Rafael Luque van de Universiteit van Chicago, in 2020 signalen gevonden van exoplaneten rond ster HD 110067 met NASA’s ruimtedetector TESS. Dit is een heldere ster die relatief dicht bij de aarde staat in het sterrenbeeld Coma Berenices. . Het was nog onduidelijk om hoeveel planeten het ging en wat hun eigenschappen waren. “Het nadeel van TESS is dat de telescoop maar eens in de twee jaar hetzelfde deel van de hemel scant”, zei Luque op een persconferentie. Twee jaar later keken de astronomen opnieuw naar HD 110067 met TESS, maar hun vragen bleven grotendeels onbeantwoord.

9.114 dagen

“Toen besloten we om de Cheops-ruimtetelescoop van ESA te gebruiken”, zegt Luque. TESS is goed in het scannen van grote delen van de hemel, terwijl Cheops tot in detail kan waarnemen. Het team vond eerst de binnenste drie planeten. Opvallend was dat ze met elkaar resoneerden. De buitenste van de drie doet er 20,519 dagen over om rond de ster te draaien, wat ongeveer 1,5 keer zo lang is als de omlooptijd van de middelste planeet van 13,673 dagen. Dat is 1,5 keer zo lang als de omlooptijd van de binnenste planeet: 9,114 dagen. Kleine verstoringen in de banen van de drie planeten onthulden de aanwezigheid van de buitenste drie planeten. De buitenplaneet heeft ongeveer 54 dagen nodig om een ​​circuit te voltooien.

Iedereen die de massa en grootte van een planeet kent, kan de dichtheid ervan berekenen en zo iets zeggen over de samenstelling van de planeet. De nu ontdekte sterren hebben een relatief lage dichtheid, wat erop wijst dat ze een waterstofrijke atmosfeer hebben. Van Dishoeck: “Het zou interessant zijn om dit in de toekomst nader te bestuderen, bijvoorbeeld met de James Webb ruimtetelescoop.”