Ondermaatse sterren

Gasvormige planeten die rond andere sterren dan onze zon draaien, hebben verdacht veel weg van kleine sterren die vrij door het heelal reizen. Zijn die verre planeten eigenlijk wel echte planeten? George Beekman

Z ijn de grote ‘planeten’ die bij andere sterren dan de zon worden gevonden wel echte planeten? Niemand betwijfelt dat er bij vele sterren gasbollen zijn gevonden die veel weg hebben van planeet Jupiter. Maar er worden steeds meer vraagtekens gezet bij de veronderstelling dat die gasbollen ook op dezelfde manier als Jupiter zijn ontstaan. Die vraagtekens zijn groter geworden sinds er steeds lichtere Jupiter-achtige gasbollen worden gevonden die niet rond een ster draaien maar vrij door de ruimte bewegen. Zij blijken op dezelfde manier te zijn ontstaan als gewone sterren, maar zo is Jupiter niet ontstaan. Zijn deze ondermaatse sterren de ‘vrije’ verwanten van de reuzenplaneten bij andere sterren?

Algemeen wordt aangenomen dat sterren groepsgewijs ontstaan in interstellaire wolken van hoofdzakelijk waterstofgas die door de een of andere verstoring gaan samentrekken. Tijdens deze contractie treedt fragmentatie op, waarna de fragmenten onder invloed van hun eigen zwaartekracht verder inkrimpen tot gasbollen. Als zo’n gasbol voldoende zwaar is, lopen druk en temperatuur in het centrum zo hoog op dat er kernfusie gaat plaatsvinden, waarbij waterstof wordt omgezet in helium. Daarbij komt energie vrij. Uiteindelijk ontstaat een thermisch evenwicht en zendt de gasbol – aanvankelijk een protoster, daarna een ster – evenveel energie uit als hij produceert.

samenklontering

Planeten – tenminste die in ons zonnestelsel – zijn wat later ontstaan in een schijf van gas en stof die zich rond de aldus gevormde protoster had gevormd. Hierin ontstonden door samenklontering van vaste deeltjes eerst planetesimalen, die vervolgens door samensmelting planeten vormden, zo denkt men. De protoplaneten op grotere afstanden van de zon konden door het aantrekken van grote hoeveelheden gas verder doorgroeien tot gasreuzen die waarschijnlijk een vaste kern hebben, met de gewichtsklasse van Jupiter. Het restmateriaal van dit ontstaansproces, planetoïden en kometen, vormt een belangrijke steun voor deze theorie.

Sinds 1995 worden ook bij andere zon-achtige sterren grote, planeetachtige objecten ontdekt die exoplaneten zijn gedoopt. Geen van die exoplaneten is ooit gezien: hun aanwezigheid wordt afgeleid uit variaties in de snelheid of helderheid van de ster. De meeste zijn gasbollen van de grootte van Jupiter of (veel) zwaarder, enkele zijn lichter. Sommige sterren bezitten twee of meer gasreuzen. Het probleem is echter dat hun omloopbaan vrijwel altijd kleiner is dan die van de aarde en in vele gevallen zelfs kleiner dan die van Mercurius, en dus in de verste verte niet lijkt op de baan van Jupiter. Astronomen worstelen nu met de vraag hoe dat kan. Maar hoewel de theorie van de planeetvorming vooralsnog geen antwoord geeft, worden de gasreuzen steevast ‘planeten’ genoemd.

De lichtste, gewone sterren heten vanwege hun kleur ‘rode dwergen’. In de afgelopen tien jaar zijn in de omgeving van de zon en in stervormingsgebieden echter honderden objecten ontdekt die (veel) lichter zijn: de bruine dwergen. Met hun massa van minder dan 0,08 maal die van de zon (80 maal die van Jupiter) zijn zij te licht om via kernfusie zelf energie te produceren. Sommige van deze bruine dwergen staan eenzaam in de ruimte, andere draaien om een gewone ster of een andere bruine dwerg. De tot nu toe lichtste bruine dwergen zijn slechts enkele malen zwaarder dan Jupiter en worden planetairy mass objects ofwel planemo’s genoemd. Zij lijken als twee druppels water op de ‘planeten’ die bij andere sterren worden ontdekt.

De meeste astronomen denken dat bruine dwergen en planemo’s op dezelfde manier zijn ontstaan als sterren: door turbulente fragmentatie van interstellaire gaswolken. Dat ontstaansproces wordt sinds kort bevestigd door de ontdekking dat vele jonge bruine dwergen, van zo’n 3 tot 5 miljoen jaar oud, net als gewone jonge sterren van die leeftijd omringd zijn door een schijf van gas en stof. Die levert het laatste materiaal voor de gasbol-in-wording en misschien ook de grondstof voor latere begeleiders. Volgens onderzoek van de Amerikaanse astronoom Ray Jayawardhana, binnenkort gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters, hebben ook de allerlichtste bruine dwergen, de planemo’s, zo’n gas- en stofschijf. Een klein maar belangrijk detail dat er op wijst dat ook zij op de manier van sterren zijn ontstaan. Het proces van stervorming kan blijkbaar ook gasbollen van het formaat van Jupiter – en misschien nog kleiner – opleveren.

Meer dan de helft van de ‘echte’ sterren bestaat uit twee of meer componenten die op uiteenlopende afstanden om elkaar heen draaien. Deze duo’s, trio’s en kwartetten bevestigen dat de meeste sterren zich in groepen vormen. Ook bij bruine dwergen en planemo’s blijkt nu paarvorming voor te komen en ook die onthult iets over hun ontstaanswijze. Bij sommige paren staan de componenten zo ver van elkaar dat het hoogst onwaarschijnlijk is dat eerst de hoofdcomponent is ontstaan en daarna uit een schijf daaromheen de lichtere, ‘planetaire’ component. Zoiets dacht men aanvankelijk van de beroemde planemo die twee jaar geleden bij de bruine dwerg 2M1207 was ontdekt en die direct als ‘eerste gefotografeerde exoplaneet’ de geschiedenis in dreigde te gaan.

verrasten

Afgelopen juni lieten Subhanjoy Mohanty en zijn collega’s op een bijeenkomst van de American Astronomical Society in Calgary zien dat ook deze bruine dwerg en zijn ‘planetaire’ begeleider op de manier van dubbelsterren zijn ontstaan en niet zoals de (reuzen)planeten in ons zonnestelsel. En op 3 augustus verrasten Jayawardhana en Valentin Ivanov de astronomische wereld in Science Express met de tot nu toe lichtste dubbele bruine dwerg: twee planemo’s met een massa van 7 en 14 maal die van Jupiter die op een afstand van zes maal die van Pluto tot de zon om elkaar heen draaien. Ook dit paar moet op dezelfde manier als een dubbelster zijn ontstaan.

Intussen zijn er al circa 200 Jupiter-achtige gasbollen ontdekt die op veel te kleine afstand rond een ster draaien – veel te klein als ze op dezelfde manier als de reuzenplaneten in ons zonnestelsel zouden zijn ontstaan. Astronomen zoeken nu verwoed naar mechanismen die de aanwezigheid van die gasbollen op deze onmogelijke plaatsen kunnen verklaren. Soms belanden zij daarbij in een spagaat. Zo suggereren sommige astronomen dat deze gasbollen op grotere afstand van de ster zijn ontstaan en vervolgens via interactie met de gasschijf rond de ster naar binnen toe zijn gespiraliseerd. Maar dat werpt weer de vraag op waarom dit dan ook niet met Jupiter (en andere planeten) in ons zonnestelsel is gebeurd.

De Amerikaanse astronoom David Black suggereerde al meer dan vijf jaar geleden dat de meeste exoplaneten misschien helemaal geen planeten zijn maar ondermaatse sterren. Die mogelijkheid wordt inmiddels – mede door de ontdekking van steeds lichtere, ongebonden ster-achtige gasbollen in de ruimte – door méér astronomen naar voren gebracht. Als dat zo is, zijn de consequenties ervan echter verstrekkend. Het zou betekenen dat er veel minder of nog steeds geen echte planeten (zoals die in ons zonnestelsel) bij andere sterren zijn ontdekt en dat de aarde en ons planetenstelsel dus heel unieke creaties in het heelal lijken te worden. Voor sommigen een teleurstelling, voor anderen misschien een teken van Intelligent Design.