Op zoek naar de onontdekte Planeet X

IJsdwerg Mogelijk heeft ons zonnestelsel nog een negende ‘onontdekte’ planeet. Aanwijzingen voor zijn bestaan komen van vreemd gedrag van ijsdwergen.

Illustratie Peter Lipton

Ergens ver voorbij de omloopbaan van Neptunus houdt zich misschien een nog onbekende planeet schuil. Misschien, want voorlopig bestaat er alleen een indirecte aanwijzing voor zijn bestaan. Twaalf verre ijsachtige objecten in het buitengebied van ons zonnestelsel – de zogeheten sednoïden – vertonen merkwaardig ‘kuddegedrag’: ze doorlopen vergelijkbare langgerekte banen om de zon en dat wijst erop dat ze door ‘iets’ in het gareel worden gehouden.

Computersimulaties – omvangrijke berekeningen op basis van de zwaartekrachtswet – laten zien dat het waargenomen gedrag van de kleine objecten te wijten kan zijn aan een nog onontdekte planeet. Deze ‘Planeet X’ (ook wel ‘Planet Nine’ genoemd) zou dan ongeveer vijfmaal zoveel massa hebben als de aarde, en in grootte ergens tussen de Aarde en Neptunus in zitten.

Op heterdaad te betrappen

De betreffende computersimulaties zijn uitgevoerd door twee Amerikaanse astronomen, Mike Brown en Konstantin Batygin. Zij hebben zoveel vertrouwen in hun resultaat dat ze sinds 2016 een specifieke strook aan de hemel afspeuren om Planeet X op heterdaad te betrappen – tot nu toe tevergeefs. Maar hoe betrouwbaar zijn de uitkomsten van zo’n computersimulatie eigenlijk? Kan het eensgezinde gedrag van de sednoïden geen andere oorzaak hebben?

Luister ook naar deze aflevering van onze podcast Onbehaarde Apen: Waarom hebben we planeet X nog niet gevonden?

Iemand die daar meer over kan vertellen is Simon Portegies Zwart, hoogleraar numerieke astrofysica aan de Universiteit Leiden. „Als astronoom kun je heel veel leren van het doen van computersimulaties”, zegt hij. „De dingen die we bestuderen laten zich nu eenmaal moeilijk in het laboratorium krijgen, en het is onmogelijk om rustig af te wachten wat er in de loop van de honderden miljoenen jaren verandert.”

Niet zonder risico

Dit verklaart waarom computersimulaties zo populair zijn geworden in de astronomie, maar helemaal zonder risico is dat volgens Portegies Zwart niet: „Een computer geeft je altijd een antwoord, maar dat hoeft niet per se het goede antwoord te zijn. Sterker nog: het is altijd een antwoord op de vraag die jij hem in de vorm van een algoritme hebt gesteld. Dus alle fouten of aannames die in dat algoritme besloten zitten, krijg je keihard terug.”

Wat betekent dat nu concreet voor computersimulaties die astronomen doen voor het buitengebied van ons zonnestelsel? Leent dat terrein zich daar wel zo goed voor? „Ik vind het een fantastische speeltuin”, is het resolute antwoord. „Het is geweldig om aan de buitenkant van ons zonnestelsel te rekenen. De reden is dat de natuurkunde die je erin moet stoppen relatief eenvoudig is: je hebt in feite alleen te maken met de zwaartekracht.”

Toch maant Portegies Zwart tot voorzichtigheid als het om de door Brown en Batygin voorspelde planeet gaat. „Als wetenschapper geloof ik pas in Planeet X als ze mij een foto laten zien. Je kunt namelijk nog wel meer dingen bedenken die het gedrag van de sednoïden kunnen verklaren.”

Dat laatste wordt bevestigd door een publicatie die op 21 januari in het Astronomical Journal is verschenen. Daarin komen Jihad Touma van de Amerikaanse universiteit in Beiroet en Antranik Sefilian van de universiteit van Cambridge met een oplossing die Planeet X overbodig kan maken.

Kuddegedrag van de sednoïden

Volgens Touma en Sefilian is het denkbaar dat de zogeheten Kuipergordel – de brede strook buiten de omloopbaan van Neptunus waar zich vele duizenden kleine ijsachtige hemellichamen bevinden – breder is en meer massa bevat dan tot nu toe wordt aangenomen. Computersimulaties laten zien dat ook dát het kuddegedrag van de sednoïden kan verklaren.

Portegies Zwart vindt deze suggestie zo gek nog niet: „Als ik heel eerlijk ben, is dit de eenvoudigste oplossing – eenvoudiger dan een planeet.” Zelf heeft hij veel gerekend aan Sedna, de ongeveer duizend kilometer grote ‘aanvoerder’ van de sednoïden, die in 2003 mede door Mike Brown is ontdekt. Met behulp van computersimulaties heeft hij onderzocht hoe Sedna terecht kan zijn gekomen in diens extreem wijde omloopbaan, waarvan zelfs het meest nabije punt ver voorbij de omloopbaan van Neptunus ligt.

Een mogelijke oplossing is dat 4 miljard jaar geleden een andere ster ons zonnestelsel is gepasseerd en daarbij een paar duizend kleine hemellichamen, waaronder die vreemde sednoïden, heeft overgedragen. „Dat is ook maar een model hoor”, voegt de Leidse astronoom daar onmiddellijk aan toe.

Héél systematisch

Dit alles zal Brown en Batygin er zeker niet van weerhouden om door te blijven zoeken naar hun Planeet X. Om de paar maanden begeven zij zich naar de top van de Mauna Kea op Hawaï om, met behulp van de Japanse Subaru-telescoop, héél systematisch het stukje hemel te fotograferen waar de planeet zich – als een nietig lichtstipje te midden van duizenden sterren en sterrenstelsels – zou moeten ophouden.

Dat is geen gemakkelijke opgave. Planeet X zou zeker dertien keer zo ver weg zijn als Neptunus en ook nog eens beduidend kleinere afmetingen hebben. Erg helder kan hij dus niet zijn. Erger is dat de planeet, weer vanwege die grote afstand, zich maar heel langzaam zou verplaatsen ten opzichte van de vaste sterren. Het duurt dus wel even voordat je zijn beweging opmerkt.

Vorige maand hebben de beide astronomen hun zevende ‘pelgrimstocht’ gehouden. Tot nu toe zonder resultaat, maar Brown en Batygin wanhopen nog niet. In een recentelijk in Physics Report verschenen overzichtsartikel hebben ze, samen met twee collega’s, de (onzekere) feiten omtrent hun hypothetische planeet nog eens op een rijtje gezet. Ook hun nieuwste berekeningen lijken op het bestaan ervan te wijzen.

Dat de planeet nog niet is gevonden, kan ermee te maken hebben dat nog niet het hele zoekgebied is afgewerkt. Er is zelfs een kleine kans dat Planeet X al eens in het beeldveld van de Subaru-telescoop heeft gestaan, maar niet is opgemerkt omdat hij toevallig voor een ster of sterrenstelsel stond.

Veel groter beeldveld

Hoe dan ook is het nog maar de vraag of de door Brown en Batygin voorspelde planeet ook door henzelf wordt opgespoord. Over drie jaar krijgen ze er namelijk heel veel concurrenten bij. Dan wordt in het noorden van Chili een nieuwe telescoop in gebruik genomen die voor zoekacties als deze is gemáákt: de Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Dit instrument zal contrastrijkere opnamen kunnen maken dan de Subaru en heeft bovendien een veel groter beeldveld.

In een paar nachten tijd kan de LSST de hele waarneembare hemel fotograferen en dat steeds weer opnieuw. Het mooie is dat alle beelden direct voor iedereen toegankelijk zijn – een unicum voor een telescoop van deze omvang. Als dit instrument zijn verwachtingen kan waarmaken, zal in de loop van komend decennium duidelijk worden of Planeet X echt bestaat of dat er een andere verklaring voor het kuddegedrag van de sednoïden moet komen.

Luister ook naar deze aflevering van onze podcastserie Onbehaarde Apen: Waarom hebben we planeet X nog niet gevonden?
U kunt zich ook abonneren via iTunes, Stitcher, Spotify of RSS.
Lees over een eerdere ontdekking met de Subaru-telescoop: Roze ijsdwerg ‘Farout’ draait op recordafstand om de zon
    • Eddy Echternach