“Grote Jupiter!”. Degenen die van Back to the Future hielden, herinneren zich perfect de uitroep van de visionaire Emmett Brown toen hij met iets ondenkbaars werd geconfronteerd. Het is de zin die je zegt als de realiteit de verbeelding overtreft, als wat voor je ligt niet in het plaatje past. En dit is precies de reactie die astronomen vandaag de dag ervaren bij het observeren van enkele gigantische planeten op meer dan 130 lichtjaar van de aarde.
In het sterrensysteem HR 8799, in het sterrenbeeld Pegasus, draaien vier gasachtige kolossen die tussen de vijf en tien keer Jupiter wegen. Enorme planeten, heel ver van hun ster, zo ver dat ze de klassieke theorieën over planetaire vorming ondermijnen. Want volgens wat we altijd hebben gedacht, zouden dergelijke objecten op die afstanden eenvoudigweg niet mogen bestaan. En toch bestaan ze.
Super-Jupiter op extreme afstanden: het probleem van klassieke theorieën
De planeten van HR 8799 draaien op een afstand van tussen de 15 en 70 astronomische eenheden van hun ster. In meer intuïtieve termen betekent dit dat we twee tot tien miljard kilometer verwijderd zijn, tot zeventig keer verder weg dan de aarde van de zon. Een locatie die alles ingewikkelder maakt.
Het meest geaccrediteerde model om de geboorte van gasreuzen te verklaren, wordt kernaanwas genoemd. Het werkt als volgt: in een schijf van gas en stof die een jonge ster omringt, aggregeren kleine rotsachtige en ijzige korrels langzaam tot een steeds grotere kern; wanneer dit voldoende groot wordt, trekt het enorme hoeveelheden gas aan en wordt een planeet als Jupiter geboren.
Het kritieke punt is tijd. Op zulke grote afstanden van de ster is het materiaal minder dicht en treden botsingen tussen deeltjes langzamer op. Volgens modellen zou de protoplanetaire schijf moeten oplossen voordat een planeet zo groot zou kunnen worden. Om deze reden hadden sommige astronomen een ander mechanisme verondersteld, vergelijkbaar met dat van bruine dwergen: een directe ineenstorting door de zwaartekracht, sneller en meer ‘stellair’ dan planetair.
En hier komt de nieuwe observatie in het spel.
De James Webb en het zwavelspoor dat alles verandert
Dankzij de James Webb-ruimtetelescoop analyseerden wetenschappers de atmosfeer van de drie binnenste planeten van het HR 8799-systeem met behulp van het NIRSpec-instrument, waarbij ze zich concentreerden op golflengten tussen 3 en 5 micron. Het scheiden van hun signaal van dat van de ster was een uiterst nauwkeurige klus, aangezien de planeten duizenden keren zwakker zijn dan hun lichtgevende ‘moeder’. De gezochte aanwijzing was er één: zwavel.
In de protoplanetaire schijf heeft zwavel de neiging vast te komen te zitten in vaste korrels. Als het in de atmosfeer van een planeet wordt aangetroffen, betekent dit dat dat object tijdens zijn vorming grote hoeveelheden vast materiaal heeft opgenomen. Het is een chemische handtekening die zijn verhaal vertelt, en het is gearriveerd.
Er werd een duidelijke aanwezigheid van waterstofsulfide gedetecteerd in de planeten HR 8799 c en d, terwijl atmosferische modellen ook een soortgelijke verrijking aangeven voor de derde geanalyseerde planeet. En dat niet alleen: ze vertonen alle drie een hoge concentratie aan zware elementen zoals koolstof, zuurstof en zwavel in vergelijking met hun ster. Simpel gezegd lijken deze super-Jupiters precies gevormd te zijn door kernaanwas, zoals Jupiter in ons zonnestelsel.
Een efficiëntie die u verbijsterd achterlaat
De echte puzzel betreft de efficiëntie van het proces. Om zoveel zware elementen op zulke extreme afstanden te verzamelen, zouden deze planeten in relatief korte tijd enorme hoeveelheden vast materiaal moeten hebben geabsorbeerd. Een resultaat dat moeilijk te evenaren is met traditionele simulaties.
Het is alsof de natuur een mechanisme heeft versneld dat wij als traag en beperkt beschouwden. En wanneer de natuur versnelt, stopt de wetenschap, observeert en herberekent. Het onderzoek, gepubliceerd op Natuur Astronomieopent een fascinerend scenario: de vorming van reuzenplaneten zou veel dynamischer en flexibeler kunnen zijn dan we dachten. En HR 8799 wordt zo een kosmisch laboratorium dat onze zekerheden op de proef kan stellen.
Omdat deze ontdekking ons meer bezighoudt dan het lijkt
Begrijpen hoe gasreuzen worden geboren, betekent ook een beter begrip van de omstandigheden die de vorming van rotsachtige planeten zoals de aarde mogelijk maken. Enorme planeten beïnvloeden de architectuur van sterrenstelsels, vormen banen, verspreiden materiaal, beschermen of destabiliseren.
Elke keer dat de James Webb ons nieuwe gegevens geeft, wordt de kaart van de kosmos voor onze ogen opnieuw getekend. Theorieën worden aangepast, zekerheden worden dunner, vragen nemen toe. Het is het meest levendige moment van de wetenschap, het moment waarop een definitief antwoord niet wordt gevierd, maar we het erover eens zijn alles in twijfel te trekken.
En tegenover planeten die zo groot, zo ver weg en zo onwaarschijnlijk zijn volgens traditionele modellen, wordt verbazing onvermijdelijk: de sensatie is dat je geconfronteerd wordt met iets dat je dwingt om opnieuw van perspectief te veranderen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
