Zeven planeten die elkaar nodig hebben

Sterrenkunde

De zeven planeten van ster Trappist-1 hebben vaste verhoudingen tussen hun omlooptijden. Daardoor vernietigen ze elkaar niet.

Artist impression van een van de planeten bij TRAPPIST-1. ESO

De ster Trappist-1 heeft zeven planeten die dicht om de ster heen draaien. Zo dicht, dat het tot onderlinge botsingen moest komen, tenzij de omloopbanen vaste verhoudingen tot elkaar hebben. Dat is het geval, blijkt uit nieuwe metingen en computersimulaties.

Trappist-1 is een ster op 40 lichtjaar van de aarde. Eerder dit jaar werd bekend dat er waarschijnlijk zeven planeten van ruwweg het formaat aarde om deze kleine ster cirkelen. Deze planeten schuiven met grote regelmaat voor hun ster langs en veroorzaken daarbij ‘mini-verduisteringen’ die maken dat de ster afwisselend helderder en zwakker wordt.

Het eerdere artikel over Trappist-1: Ontdekt: zeven ‘aardes’ om naburige ster

De ontdekking baarde opzien, omdat drie van de planeten op zodanige afstanden om hun ster draaien dat ze ‘leefbaar’ zouden kunnen zijn – naar aardse maatstaven dan. Maar er knaagde wel iets: het zevental zat elkaar zo dicht op de huid, dat het stelsel eigenlijk niet stabiel kon zijn.

Artist impression van de planeten bij TRAPPIST-1. Nature cover.

Computersimulaties lieten zien dat de zeven planeten elkaar zo beïnvloeden dat het op ‘korte’ termijn – minder dan een miljoen jaar – tot botsingen moest komen. Maar het stelsel bestaat waarschijnlijk al 3 tot 8 miljard jaar, dus wetenschappers vonden dit resultaat nogal onwaarschijnlijk.

Twee nieuwe onderzoeken, gepubliceerd in de tijdschriften Astrophysical Journal Letters en Nature Astronomy, tonen aan dat het stelsel van Trappist-1 zijn stabiliteit dankt aan het feit dat de planeten een ‘resonantie-keten’ vormen.

Daarmee wordt bedoeld dat de omlooptijden van de planeten zich vrijwel exact als gehele getallen verhouden. Als de buitenste planeet twee keer ronddraait, maakt de op één na buitenste drie rondjes af, en de overige respectievelijk 4, 6, 9, 15 en 24.

Ook in ons eigen zonnestelsel komen zulke situaties voor. De omlooptijden van de planeet Neptunus en diens kleine buitenbuur Pluto bijvoorbeeld verhouden zich als 2:3. Dat is maar goed ook: Pluto dankt er zijn bestaan aan.

Zo’n resonantie-keten geeft stabiliteit aan een planetenstelsel, maar de onderlinge afstemming komt wel heel nauw: zelfs kleine deviaties kunnen al in chaos resulteren.

De bewegingen van de zeven planeten zijn dus heel goed op elkaar afgestemd. Maar hoe is het zo ver gekomen? Om die vraag te beantwoorden zijn de onderzoekers uitgegaan van een schone lei: de schijf van gas en stof rond de ster waaruit de planeten miljarden jaren geleden ontstonden.

De omloopbanen van planeten-in-wording zijn om allerlei redenen aan veranderingen onderhevig. Daardoor migreren ze geleidelijk dichter naar hun ster toe. Uit nieuwe computersimulaties blijkt dat dit vaak in een stabiele, ‘harmonische’ configuratie van planeten resulteert. Dit proces vertoont overeenkomsten met de synchronisatie die uit de maat tikkende metronomen ondergaan, wanneer ze op dezelfde beweeglijke ondergrond staan.

Bekijk een filmpje van metronomen die gelijk gaan lopen:

Van de 21 virtuele planetenstelsels die zijn doorgerekend, vielen er maar vier al snel uiteen. In de overige gevallen gedroegen de planeten zich als muzikanten die hun instrumenten – of beter gezegd: hun omlooptijden – op elkaar afstemmen. Alle computersimulaties wijzen erop dat Trappist-1 zijn huidige stabiele toestand al in een vroeg stadium heeft bereikt.

Nu we toch in muzikale sferen zijn: het harmonische gedrag van het planetenstelsel van TRAPPIST-1 laat zich ook hoorbaar maken. Twee onderzoekers van de Universiteit van Toronto – Dan Tamayo en Matt Russo – hebben samen met muzikant Andrew Santaguida een animatie gemaakt waarin de planeten een pianotoon produceren wanneer ze voor hun moederster langs beginnen te schuiven. Daarnaast klinkt elke keer dat een planeet zijn meest nabije buur inhaalt een drumslag.

Bekijk en luister de planetenmuziek van Trappist-1:

Het resultaat klinkt verbluffend muzikaal. De harmonische geluiden illustreren dat de omloopbanen van de zeven planeten van TRAPPIST-1 goed op elkaar zijn afgestemd.