Jupiter is een gigantische planeet, maar buiten ons zonnestelsel bestaan er gasreuzen die nog veel groter zijn. Het is nog onduidelijk hoe die ontstaan. Een nieuw onderzoek schept iets meer duidelijkheid.
Is het een planeet of een ster? Dat is niet altijd even duidelijk. Soms zijn planeten zo groot dat wetenschappers twijfelen of ze op dezelfde manier worden gevormd als andere planeten, of dat hun vormingsproces meer op dat van sterren lijkt. Astronomen creëren nu iets meer duidelijkheid door de ontstaansgeschiedenis van enkele gigantische planeten te ontrafelen. De resultaten zijn gepubliceerd in het vakblad Nature Astronomy.
Lees ook:
- Nieuwe solitaire planeet groeit bizar snel: zes miljard ton per seconde
- Rond deze kleine ster draait een gigantische planeet – en dat zou niet moeten kunnen
Mislukte ster
De grootste planeten zijn zogenoemde gasreuzen, voorbeelden zijn Jupiter en Saturnus. Deze planeten bestaan voornamelijk uit heliumgas en/of waterstofgas, maar hebben wel een kern van vast materiaal. Hoewel Jupiter verreweg de grootste planeet van ons zonnestelsel is, bestaan er gasreuzen die nog veel groter zijn. Deze giganten vervagen de lijn tussen planeten en bruine dwergen – hemellichamen die op dezelfde manier vormen als sterren, maar niet genoeg massa hebben om waterstof te fuseren tot helium, waardoor ze soms ‘mislukte sterren’ worden genoemd.
Wetenschappers twijfelen nog een beetje over hoe deze gigantische gasreuzen ontstaan. Gebeurt dat via een proces dat kernaccretie heet? Dit vindt plaats in de protoplanetaire schijf rond jonge sterren. In die schijf zitten een hoop rotsen en ijskorrels die samenklonteren. Als zo’n samenklontering genoeg massa heeft verzameld, kan hij het gas dat zich rond jonge sterren bevindt naar zich toe trekken. Jupiter en Saturnus zijn op deze manier gevormd.
Maar sommige wetenschappers denken dat het misschien ook mogelijk is dat de grootste gasreuzen op een vergelijkbare manier vormen als bruine dwergen en sterren. Ze zouden ontstaan doordat een compacte gaswolk in de protoplanetaire schijf rond een jonge ster bezwijkt onder zijn eigen zwaartekracht en zo een gigantisch object vormt. (Bruine dwergen en sterren ontstaan ook door instortende gaswolken, maar dan niet rond een andere ster.)
Niet genoeg tijd
In deze nieuwe studie probeerden de onderzoekers het vormingsproces van grote gasreuzen te verhelderen. Ze gebruikten daarvoor de James Webb-ruimtetelescoop om naar het stersysteem HR 8799 te kijken. De ster in dit systeem bevindt zich op ongeveer 133 lichtjaar van de aarde. De planeten rond deze ster zijn gigantisch: ze hebben allemaal vijf tot tien keer zoveel massa als Jupiter. Ze staan bovendien 15 tot 70 keer zover van hun ster als de aarde van de zon staat.
Vanwege de grote afstand tot hun moederster en hun extreme massa vroegen wetenschappers zich jaren geleden al af of dit soort planeten wel gevormd kunnen zijn via kernaccretie. Astronomische modellen voorspelden toen namelijk dat zulke gasreuzen niet genoeg tijd zouden hebben om tot hun gigantische formaat te groeien voordat de ster de protoplanetaire schijf ‘wegblaast’.
De gasreuzen bevatten zwavel
Maar metingen met de James Webb-telescoop laten nu zien dat deze gasreuzen mogelijk toch via kernaccretie zijn gevormd. De onderzoekers ontdekten namelijk dat de planeten zwavel bevatten. Op grote afstand van een jonge ster bevindt het meeste zwavel in de protoplanetaire schijf zich in vaste vorm, terwijl in de gaswolken amper zwavel voorkomt. Dit betekent dat de gasreuzen hun zwavel waarschijnlijk via kernaccretie hebben verkregen.
“Met zijn ongekende gevoeligheid maakt James Webb het mogelijk om de atmosferen van deze planeten zeer gedetailleerd te bestuderen, wat ons inzicht geeft in hoe ze zijn gevormd”, zegt hoofdonderzoeker Jean-Baptiste Ruffio in een persbericht. “Door de ontdekking van zwavel kunnen we concluderen dat de planeten van HR 8799 waarschijnlijk op dezelfde manier zijn ontstaan als Jupiter, ondanks dat ze vijf tot tien keer zwaarder zijn, wat onverwacht was.”
Bruine dwerg of planeet?
Tegenwoordig bestaan er veel modellen die de vorming van planeten proberen te beschrijven. Maar welke komt het meest in de buurt van de waarheid? Deze studie suggereert volgens de onderzoekers dat we moeten kijken naar de modellen die het toestaan dat gasreuzen ver van hun ster een vaste kern kunnen vormen.
Hoewel HR 8799 vier massieve gasreuzen heeft, bestaan er andere stersystemen met nóg grotere planeten. Daarvan is nog steeds onbekend hoe ze zijn gevormd. Ruffio: “Ik denk dat de vraag is: hoe groot kan een planeet zijn? Kan een planeet vijftien, twintig, of zelfs dertig keer zoveel massa als Jupiter hebben en alsnog als een planeet zijn gevormd?” Met zulke massa’s zal een planeet zich gaan gedragen als een bruine dwerg. Ruffio vraagt zich dan ook af: “Waar ligt de overgang tussen planeetvorming en bruine dwergvorming?”
Bronnen: Nature Astronomy, University of California via EurekAlert!
Openingsbeeld: ESO/L. Calçada