Nieuw onderzoek aan de zogeheten Orionnevel heeft aan het licht gebracht dat planeetvorming geen eenvoudige zaak is. De Orionnevel is een reusachtige wolk van interstellair gas en stof waarin de laatste honderdduizenden jaren vele honderden nieuwe sterren zijn ontstaan. Rond zulke jonge sterren blijft een schijf van restmaterie achter, waarin vrij gemakkelijk een samenklonteringproces op gang komt. In het ideale geval leidt dit proces uiteindelijk tot het ontstaan van planeten. Maar langzamerhand wordt duidelijk dat de omstandigheden vaak verre van ideaal zijn. Sterren in de omgeving van de planetaire kraamkamer kunnen het ontstaansproces wreed verstoren.
Toen sterrenkundigen enkele honderden jaren geleden de eerste telescopen op de hemel richtten, bleek al snel dat de hemel niet alleen met sterren is bezaaid. Tussen de ontelbare lichtstipjes zijn bijna net zovele vage nevelvlekjes, gasflarden en donkere ‘wolken’ te zien. Deze nevelvlekjes bestaan uit dezelfde materie als de sterren zelf. Sommige zijn ook uit sterren ontstaan. Als een ster aan het eind van zijn bestaan komt, stoot hij in veel gevallen een deel van zijn materie uit – soms met explosief geweld. Andere nevels, waaronder de Orionnevel, zijn juist gaswolken waaruit nog geen sterren zijn ontstaan: de waarnemingen duiden erop dat er in gaswolken als deze verdichtingen kunnen ontstaan, die uiteindelijk tot de vorming van sterren – in feite niets anders dan zeer compacte, bolvormige gaswolken – kunnen leiden.
|
| Protoplanetaire schijven rond sterren in de Orionnevel, gefotografeerd met de Hubble-ruimtetelescoop. De schijven zijn stuk voor stuk groter dan ons zonnestelsel en zijn omgeven door een omhulsel van gas dat door een naburige ster van de schijf is weggeblazen. (Foto: STScI/NASA) |
Aangenomen wordt dat alle sterren, dus ook de zon, op dezelfde wijze zijn ontstaan: uit verdichtingen in een gaswolk in de ruimte. Daaruit werd al snel geconcludeerd dat het (dus) zeer waarschijnlijk is dat niet alleen de zon door planeten wordt begeleid, maar dat dit ook bij sommige, veel of misschien zelfs alle sterren het geval zal zijn. En de laatste jaren zijn duidelijke aanwijzingen gevonden dat deze conclusie niet onterecht was: reeds bij enkele tientallen andere sterren zijn planeten ontdekt.
Blijkbaar is het heel normaal als er bij de geboorte van een ster ook een planetenstelsel ontstaat. En sinds halverwege de jaren tachtig zijn er vele waarnemingen gedaan van de geboortegronden waar deze planeten zijn ontstaan.
De geboorte van een ster volgt een eenvoudig scenario. Om de een of andere reden – zoals een in de buurt ontploffende ster die met een schokgolf gepaard gaat – kunnen er in een interstellaire gaswolk verdichtingen ontstaan. Daarbij kan het gas een voldoende hoge dichtheid bereiken om verder onder invloed van zijn eigen zwaartekracht samen te trekken. De gaswolk wordt steeds kleiner en compacter, en gaat ook steeds sneller draaien. Uiteindelijk verzamelt het meeste gas zich in het centrum, waar de ster ontstaat, maar daaromheen blijft een traag roterende schijf van gas en stof over die zich een beetje laat vergelijken met de bekende ringen van de planeet Saturnus.
Wat zich vervolgens precies in de schijf met restmaterie afspeelt is nog niet geheel duidelijk. Zeker is wel dat de aanwezige gas- en stofdeeltjes gaan samenklonteren. Recent onderzoek van gegevens die zijn verzameld met de Europese infraroodsatelliet ISO heeft enige duidelijkheid verschaft over de processen die tot het ontstaan van planeten leiden. Dit onderzoek, dat onder leiding stond van de Leidse astronome Ewine van Dishoeck, heeft uitgewezen dat planeten weliswaar heel vlot kunnen ontstaan, maar misschien toch ook weer niet zo snel als sommige sterrenkundigen dachten.
Met ISO is naar de stofschijven rond drie betrekkelijk jonge sterren gekeken, en daarbij bleek dat deze schijven ook moleculair waterstofgas bevatten. Het is voor het eerst dat dit gas in zulk ‘oude’ schijven is aangetoond, en dat kwam als een verrassing. Tot voor kort werd aangenomen dat de eerste grote planeten die in zo’n stofschijf zijn ontstaan al het gas uit de stofschijf opslokken. Op die manier zouden grote gasplaneten, zoals ‘onze’ planeet Jupiter, al binnen een paar miljoen jaar kunnen zijn ontstaan. Maar het feit dat er in tientallen miljoenen jaren oude stofschijven nog waterstofgas wordt waargenomen, duidt erop dat het ontstaansproces van deze planeten wel eens veel langzamer zou kunnen gaan.
Bij de drie sterren die met ISO zijn waargenomen is de planeetvorming waarschijnlijk nog in volle gang. En iets soortgelijks geldt ook voor veel van de sterren in de Orionnevel, de reusachtige wolk van gas- en stof op een afstand van ongeveer 1500 lichtjaar van de aarde. Met de Hubble-ruimtetelescoop zijn daar in 1994 meer dan honderd protoplanetaire schijven rond jonge sterren gefotografeerd. Deze ontdekking was veelbelovend, omdat dit het eerste ‘tastbare’ resultaat was dat het ontstaan van planeten de normaalste zaak van de wereld is. Maar uit nader onderzoek blijkt dat men mogelijk een beetje te vroeg heeft gejuicht: weliswaar is nu vast komen te staan dat zich in de waargenomen stofschijven inderdaad een samenklonteringproces afspeelt, maar anderzijds begint het erop te lijken dat dit proces niet altijd tot het ontstaan van planeten zal leiden.
Het probleem is dat sterren meestal niet in afzondering ontstaan. De meeste worden ‘geboren’ in reusachtige gaswolken als de Orionnevel, en krijgen daardoor te maken met iets wat je stellaire burenoverlast zou kunnen noemen. Uit de ISO-waarnemingen lijkt te volgen dat planeetvorming wel eens tientallen miljoen jaren kan duren. Maar de Hubble-waarnemingen van de Orionnevel duiden erop dat dat in sommige gevallen te traag is. De helderste ster in de Orionnevel – Theta 1C – is zo heet en straalt dermate fel dat hij zijn wijde omgeving als het ware schoon blaast. En daarvan zijn de stofschijven van de vele andere sterren in de buurt – waarvan wordt aangenomen dat ze niet veel ouder zijn dan een miljoen jaar – het slachtoffer.
In het wetenschappelijke tijdschrift Science doen John Bally van de universiteit van Colorado en Henry Throop van het Southwest Research Institute verslag van hun bevindingen. ‘Het stof dat we met de Hubble-telescoop hebben gezien is vrij grof – heel anders dan het stof dat we eerder in zulke jonge stervormingsgebieden hebben waargenomen,’ aldus Throop. ‘Voor onze ogen spelen zich de eerste stadia van planeetvorming af. Maar in deze stelsels gebeuren twee dingen tegelijk: de stofkorrels beginnen samen te klitten als eerste stap in de richting van het ontstaan van planeten, maar vervolgens zijn er die heldere sterren die daar een stokje voor proberen te steken. De grote vraag is wie er zal winnen. Het is alsof je een wolkenkrabber probeert te bouwen terwijl er een tornado woedt.’
Dat de stofdeeltjes inderdaad al tamelijk grof zijn, leiden de astronomen af uit de manier waarop de stofschijven licht doorlaten. Het hele fijne stof – eigenlijk niet meer dan rookdeeltjes – dat aanvankelijk rond een jonge ster hangt verstrooid blauw licht, maar laat rood licht door. Om dezelfde reden is bijvoorbeeld ook de ondergaande zon rood van kleur. De stofschijven in de Orionnevel vertonen echter een grijze tint, hetgeen erop duidt dat ze alle kleuren licht even goed doorlaten. Dat kan alleen als de deeltjes wat groter zijn – zoiets als zandkorreltjes of misschien nog wel groter.
 |
| Schematisch overzicht van een protoplanetaire schijf en omgeving. De druppelvorm komt overeen met de Hubble-foto’s. (Tekening: NASA) |
De recente onderzoeksresultaten duiden er dus op dat planeetvorming wellicht wat trager gaat dan verwacht, en dat er externe factoren kunnen zijn die het ontstaan van planeten bemoeilijken. Het is een dubbeltje op zijn kant: als de stofdeeltjes in de protoplanetaire schijf rond een jonge ster zich niet snel genoeg weten te verzamelen om grotere brokstukken te vormen, zou de straling van een naburige ster de omgeving wel eens voortijdig kunnen schoonvegen. En dat zou dan weer betekenen dat er minder planeten bij de sterren in ons Melkwegstelsel zijn dan men tot nu toe dacht. Volgens sommige onderzoekers komt dat niet echt als een verrassing: zij wijzen erop dat er slechts bij vijf procent van alle de onderzochte sterren in onze omgeving (grote) planeten zijn ontdekt. Met andere woorden: het lijkt erop dat bij de meeste sterren geen planeten van het kaliber Jupiter ontstaan. Over de vormingskans van kleinere planeten zoals onze aarde bestaat nog te veel onduidelijkheid, al is Throop daarover niet zo pessimistisch: ‘Het lijkt erop dat Jupiter-achtige planeten heel schaars zijn of – als dat niet zo is – heel snel moeten ontstaan. Ik denk dat er een goede kans bestaat dat de toekomstige planetenstelsels in de Orionnevel helemaal niet op ons eigen zonnestelsel lijken. Maar het is best mogelijk dat er toch rotsachtige planeten ter grootte van de aarde of Mars ontstaan. Voor reuzenplaneten lijken de omstandigheden veel minder gunstig.’
De beide onderzoekers voorspellen dat negentig procent van de stofschijven in de Orionnevel binnen 100.000 jaar grotendeels verwoest zullen zijn. Maar in de overige tien procent – bijvoorbeeld in stofschijven die op de een of andere manier zijn afgeschermd van de ultraviolette straling van sterren in hun buurt – zal de planeetvorming gewoon doorgaan. In deze schijven zullen hoogstwaarschijnlijk talrijke planeten ontstaan.
Een planetenverslindende ster?In bovenstaand artikel is te lezen dat het ontstaan van planeten een hachelijke zaak is. Het samenklonteringproces van stofdeeltjes rond een ster, dat uiteindelijk tot de vorming van planeten moet leiden, wordt soms wreed verstoord door de intense straling van naburige sterren. Recent onderzoek duidt erop dat het ook later in het leven van een planeet flink fout kan gaan. In het wetenschappelijke tijdschrift Nature maakten Europese sterrenkundigen afgelopen donderdag melding van een ster die klaarblijkelijk één van zijn planeten heeft opgeslokt.
De afgelopen jaren zijn bij een zestigtal nabije sterren één of meer planeten ontdekt. Dat is steeds gebeurd aan de hand van indirecte waarnemingen: deze zogeheten exoplaneten (de afkorting voor ‘extrasolaire planeten’) verraden hun bestaan doordat ze kleine, regelmatige variaties in de beweging van hun moederster veroorzaken. De variaties worden waargenomen in het spectrum van zo’n ster, een overzicht van alle golflengten waaruit het licht van de ster is samengesteld, waarin talrijke lijntjes te zien zijn die een beetje heen- en weer bewegen. Een sterspectrum laat zich uitlezen als een soort kosmische streepjescode. LithiumSpectrale waarnemingen met de 1,2 meter Zwitserse telescoop op La Silla (Chili) hebben uitgewezen dat de ster HD 82943 – een onooglijk sterretje in het sterrenbeeld Waterslang – veel meer lithium-6 bevat dan gebruikelijk is. Lithium-6 is een fragiel element dat bij temperaturen van een paar miljoen graden uiteenvalt. Zulke temperaturen worden in het inwendige van zelfs de kleinste sterren gehaald. En doordat er een voortdurende uitwisseling van materie tussen het inwendige en de buitenlagen van een ster plaatsvindt, verdwijnt lithium-6 binnen een paar miljoen jaar uit het spectrum van een ster. VoorspeldDe ontdekking van een planetenverslindende ster komt niet echt als een verrassing; het is ook niet de eerste waarneming die tot deze conclusie heeft geleid. Reeds enkele jaren geleden zijn Amerikaanse sterrenkundigen erachter gekomen dat ook ongeveer één op de twintig sterren die tegen het eind van hun bestaan opzwellen verhoogde hoeveelheden lithium bevatten. Het is denkbaar dat in deze gevallen een dichtbij rondcirkelende planeet door de opzwellende ster is opgeslokt. Ook onze zon zal over vijf miljard jaar opzwellen en daarbij de binnenste planeten verzwelgen, al bevindt de grote planeet Jupiter zich vooralsnog buiten haar bereik. Meer informatie: |
