Een kwestie van massa

`Planeet' klinkt beter dan `ster'. Daarom worden begeleiders van sterren vaak planeten genoemd, terwijl het hemellichamen zijn die als dubbelsterren zijn ontstaan en dus bruine dwergen ofwel mislukte sterren moeten zijn.

Volgens de Amerikaanse astronoom David Black, van het Lunar and Planetary Institute in Houston, VS, zijn de meeste van de bij andere sterren ontdekte `planeten' geen planeten maar mislukte sterren. Dat beweerden hij en zijn collega's tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society die kortgeleden in Pasadena werd gehouden. De astronomen hebben ontdekt dat de meeste onzichtbare begeleiders bij sterren van het type van de zon zwaarder zijn dan werd aangenomen, zodat zij meer gemeen hebben met bruine dwergen: hemellichamen die niet als planeten maar als sterren zijn ontstaan.

In de afgelopen vijf jaar zijn al bij tientallen sterren begeleiders ontdekt die steevast `planeet' worden genoemd. Hun bestaan wordt afgeleid uit kleine, periodieke variaties in de spectroscopisch gemeten snelheid van zo'n ster en uit de grootte en periode van zo'n variatie kan dan de minimale massa van de begeleider worden afgeleid. Deze ondergrens vloeit voort uit het feit dat niet bekend is onder welke hoek het baanvlak van de begeleider wordt gezien. Hoe groter die hoek (ten opzichte van de waarnemingsrichting), des te groter moet de massa zijn om een gemeten snelheidsvariatie te kunnen veroorzaken.

Het opmerkelijke is dat al deze begeleiders zware objecten zijn die op heel korte afstand rond hun ster draaien. Hun massa loopt uiteen van ten minste 0,3 tot ten minste 7 maal de massa van Jupiter en hun afstand tot de ster is in vrijwel alle gevallen (veel) kleiner dan de afstand van de aarde tot de zon. Volgens de huidige theorieën kunnen zulke reuzenplaneten niet zo dicht bij hun ster ontstaan: dat moet meer naar buiten toe zijn gebeurd. Astronomen zoeken nu naar mechanismen die een latere beweging naar binnen toe zouden kunnen bewerkstellingen, maar sommigen vragen zich ook af of het wel om planeten gaat.

gas en stof

Algemeen wordt aangenomen dat sterren in groepjes ontstaan door de samentrekking van delen van een wolk interstellair waterstofgas en dat planeten wat later ontstaan in de schijf van gas en stof die zich rondom zulke protosterren vormt. Een ster kan echter alleen een echte ster worden – door kernfusie zelf energie produceren – als hij een hoeveelheid gas van ten minste 0,08 maal die van de zon (80 maal die van Jupiter) meekrijgt. Lichtere gasbollen, bruine dwergen geheten, kunnen hooguit heel even energie produceren, maar als hun massa kleiner is dan 13 maal die van Jupiter lukt ook dat niet meer.

Drie jaar geleden wees David Black er op dat de verschillen in het ontstaan van planeten en bruine dwergen zich zouden moeten manifesteren in hun baaneigenschappen, met name de excentriciteit en omlooptijd. Hij liet zien dat het verband tussen deze twee grootheden bij de vermeende `planeten' bij sterren niet verschilde van dat bij dubbelsterren, dat wil zeggen bij sterren die een ster of bruine dwerg als begeleider hebben. Dit betekende dat deze `planeten' op dezelfde manier als dubbelsterren waren ontstaan en dus bruine dwergen moesten zijn.

Dit werd heftig bestreden door Michel Mayor en Queloz Didier, twee planetenjagers van de sterrenwacht van Genève. Zij lieten zien dat het aantal bruine-dwergbegeleiders bij het afnemen van hun massa snel verminderde en niet geleidelijk overging in het domein van de reuzenplaneten. Tussen de bruine dwergen en de reuzenplaneten zat een soort hiaat en dat zou er op wijzen dat de twee soorten begeleiders via verschillende processen waren ontstaan en dat de lichtste echte planeten waren.

Afgelopen oktober sloegen Black en zijn collega's met nieuwe argumenten terug. Zij hadden metingen van de Europese Hipparcos-satelliet (1989-1993) gebruikt om van 32 vermeende planetaire begeleiders de werkelijke massa te bepalen. Hipparcos heeft heel nauwkeurig de beweging van grote aantallen sterren aan de hemel gemeten en met behulp van deze informatie hebben Black en zijn collega's afgeleid onder welke hoek het baanvlak van de begeleiders vanaf de aarde wordt gezien en hoe groot hun werkelijke massa is.

Tot nu toe werd aangenomen dat het baanvlak van de meeste begeleiders geen grote hoek met de waarnemingsrichting maakt. Dan zijn de snelheidsvariaties immers het grootst en laten zulke begeleiders zich het makkelijkst ontdekken. En dit zou weer betekenen dat de werkelijke massa van deze begeleiders in het algemeen niet veel zou afwijken van hun minimale massa. Black en zijn collega's hebben nu gevonden dat het baanvlak in de meeste gevallen wel een grote hoek met de waarnemingsrichting maakt en dat de werkelijke massa dus in veel gevallen aanzienlijk groter is dan de minimale massa. De meeste planetaire begeleiders zouden bruine dwergen moeten zijn.

Black denkt dat er bij het zoeken naar onzichtbare begeleiders een statistisch effect optreedt dat tot gevolg heeft dat er vooral zwaardere begeleiders worden ontdekt. Hij verwijst hierbij naar recent onderzoek van de groep van Michel Mayor (Astron. Astroph. 355, p. 581), die een soortgelijk effect bij elf kandidaat bruine dwergen heeft gevonden. In zeker driekwart van de gevallen bleek hun baanvlak een grote hoek met de waarnemingsrichting te maken, zodat hun werkelijke massa aanzienlijk groter moest zijn dan hun minimale massa.

Deze Franse groep heeft natuurlijk weer kritiek op het werk van van Black. Volgens Mayor waren de metingen van Hipparcos voldoende nauwkeurig om er de ligging van het baanvlak van de meeste bruine-dwergbegeleiders uit af te leiden, maar niet voldoende nauwkeurig om datzelfde bij de planetaire begeleiders te kunnen doen. ``Met Hipparcos kan alleen een bovengrens voor de massa van deze begeleiders worden gevonden, net zoals de metingen aan de snelheid alleen een ondergrens geven', zegt Frédéric Arenou. En Mayor wil ``er een goede fles wijn op zetten dat de resultaten van Black onjuist zijn'.

planetaire begeleiders

Maar uit een andere onderzoekshoek lijkt Black weer een steun in de rug te krijgen. Spaanse en Britse astronomen hebben onlangs in het centrum van de Orionnevel talloze gasbollen ontdekt die te licht zijn om zich ooit tot volwaardige sterren te kunnen ontwikkelen (Science, 6 oktober). Vele van deze bruine dwergen hebben zelfs een massa die vergelijkbaar is met die van de `planetaire' begeleiders van sterren. Dit wijst erop dat het proces van stervorming ook gemakkelijk gasbollen met een massa van die van reuzenplaneten kan voortbrengen en dat ook de lichtste begeleiders van sterren niet via het proces van planeetvorming hoeven te zijn ontstaan.

Bij de discussies over de aard van onzichtbare begeleiders spelen niet alleen wetenschappelijke maar ook semantische argumenten mee. Black betreurt dat astronomen onzichtbare begeleiders met een massa van kleiner dan 13 maal die van Jupiter `planeten' zijn gaan noemen, ook al weet men niet hoe ze zijn ontstaan. In feite is nog van geen enkele begeleider vaststgesteld dat hij via hetzelfde proces als de planeten in ons zonnestelsel het licht heeft gezien. Om wetenschappelijk juist te zijn, zouden we deze objecten voorlopig sub-stellair moeten noemen, aldus Black, maar daar voelt bijna niemand voor. `Planeet' spreekt immers veel meer tot de verbeelding en is dus ook beter voor de fondsenwerving.