Hoe ontstaan planeten precies? Het antwoord ligt wellicht in de resten van overleden sterren. ‘Fossiele’ afdrukken wijzen erop dat sterren en planeten vlak na elkaar worden geboren.
Het wemelt van de planeten in het universum. De afgelopen decennia ontdekten sterrenkundigen er al meer dan vijfduizend, en waarschijnlijk is dat slechts het topje van de ijsberg. Maar over hoe planeten precies ontstaan, bestaan nog steeds de nodige vragen.
Duidelijk is dat een planeet als bijproduct ontstaat bij de vorming van een ster, wanneer een gaswolk implodeert door zijn zwaartekracht. Een groot deel van het gas verzamelt zich in het centrum, waar de ster ontstaat. Daaromheen vormt zich een schijf van gas- en stofdeeltjes. Deze deeltjes klonteren samen en groeien langzaam uit tot grotere objecten. Dit zijn de bouwstenen waar uiteindelijk planeten uit ontstaan.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Maar wanneer start dit proces van planeetvorming precies: tegelijk met het ontstaan van de ster, of pas miljoenen jaren na ‘afronding’ van de ster? ‘Daarover bestaat nog discussie onder astronomen’, zegt sterrenkundige Tim Lichtenberg van de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Uit onderzoek naar onder meer meteorieten weten we dat planeetvorming in ons eigen zonnestelsel zeer waarschijnlijk al vroeg is begonnen. Maar hoe dat zit voor planeten rond andere sterren, is lastiger te achterhalen.’
Leefbaarheid
Dat terwijl deze informatie het nodige kan onthullen over deze planeten. Computermodellen tonen aan dat het tijdstip waarop planeetvorming begint een grote invloed kan hebben op het eindresultaat. ‘Zo hebben planeten als Jupiter en Saturnus waarschijnlijk voldoende tijd nodig om te groeien, oftewel: om tot zulke planeten te komen, moet de vorming al vroeg beginnen’, zegt Lichtenberg. ‘Daarnaast heeft het ontstaansmoment ook invloed op de samenstelling van een planeet en zijn atmosfeer. Wat bijvoorbeeld weer gevolgen kan hebben voor de leefbaarheid van aardachtige planeten.’
De vraag is dan ook: is het ‘vroege’ vormingsproces van de planeten in ons zonnestelsel uitzonderlijk, of is dit een gebruikelijke gang van zaken bij andere planetenstelsels? Een deze week in het vakblad Nature Astronomy gepubliceerde studie, waaraan Lichtenberg meewerkte, wijst nu op het laatste scenario. De astronomen baseren zich hierbij op waarnemingen van zogeheten witte dwergen: restanten van sterren die aan het einde van hun leven zijn gekomen.
Hemelse begraafplaats
Het onderzoeksteam richtte zich in het bijzonder op ‘vervuilde’ witte dwergen: exemplaren waarvan de atmosfeer, naast waterstof en helium, tijdelijk zwaardere elementen als ijzer en silicium bevat. Dit zijn de overblijfselen van brokstukken, zoals planetoïden, die eerder op de witte dwerg zijn neergestort. Daarmee laten ze een soort vingerafdruk achter in de atmosfeer van de witte dwerg, waaruit astronomen de samenstelling van deze brokstukken kunnen afleiden. Die geeft weer inzicht in de manier waarop deze objecten ooit, tijdens de geboorte van het planetenstelsel, gevormd zijn.
In totaal analyseerden de onderzoekers meer dan tweehonderd van zulke ‘hemelse begraafplaatsen’. Ze concludeerden dat de hierin neergestorte brokstukken een ijzeren kern moeten hebben gehad. ‘En zo’n ijzeren kern kan eigenlijk alleen ontstaan als het brokstuk eerder fors is verwarmd’, aldus Lichtenberg. ‘Dan worden ijzer, gesteente en meer vluchtige elementen namelijk van elkaar gescheiden.’
Die verhitting wijst erop dat deze bouwstenen van planeten tegelijkertijd met de ster zijn ontstaan. ‘De oorzaak van het smelten kan alleen worden toegeschreven aan zeer kortlevende radioactieve elementen, die in de vroegste stadia van het planetenstelsel bestonden, maar in slechts een miljoen jaar vervallen’, zegt Lichtenbergs collega Amy Bonsor van de Universiteit van Cambridge, die de studie leidde. ‘Met andere woorden: als deze objecten zijn gesmolten door iets dat maar heel kort bestaat bij het ontstaan van het planetenstelsel, dan moet het proces van planeetvorming wel heel snel op gang komen.’
Door in de toekomst meer atmosferen van vervuilde witte dwergen te bestuderen, hopen de astronomen nog meer informatie over het ontstaan van de brokstukken te achterhalen. Dat kan weer tot nieuwe inzichten over planeetvorming leiden, bijvoorbeeld over de samenstelling van de atmosferen van aardachtige planeten.
