De intense straling van de extreem hete gassen die rond zwarte gaten wervelen, stuwt veel stof en gas het stelsel uit. 10-30 lichtjaar van een zwart gat vandaan is het zo koud dat er ijs kan ontstaan, en rond bevroren kernen hopen stof en gas zich op tot enorme planeten.
Alle vreemde exoplaneten die astronomen tot nu toe hebben gevonden, hebben één ding gemeen: ze zijn allemaal gevormd rond sterren. Maar dat hoeft niet altijd het geval te zijn.
De Japanse astronoom Keiichi Wada van de universiteit van Kagoshima in Japan bedacht de theorie dat actieve superzware zwarte gaten duizenden planeten kunnen voortbrengen – of blanets, een afkorting van het Engelse black hole planets.
Planeten draaien om zwart gat
1. Gas zendt röntgenstralen naar het zwarte gat
Alle grote sterrenstelsels hebben een superzwaar zwart gat van miljoenen of miljarden zonnemassa’s. Actieve gaten zijn omgeven door een schijf van stof en gas, en het gas dat het dichtst bij het gat is, zendt energierijke röntgenstralen uit.
2. Stralingsdruk perst stof en gas samen
De straling oefent een hevige lichtdruk uit, die stof het stelsel uit stuwt en een compacte schijf van stof en gas vormt. Buiten de vorstgrens van de schijf, waar ijs kan bestaan, hopen ijs, stof en gas zich op tot planeten.
3. Constante stofaanvoer bouwt enorme planeten op
De schijf wordt constant gevoed met nieuw materiaal, dat daarheen wordt gestuwd door de straling uit de omgeving van het zwarte gat. Daarom kunnen de zogeheten blanets volgens de theorie uitgroeien tot een grootte van 20 tot 3000 aardmassa’s.
Blanets zijn nog theorie. Maar als ze bestaan, dan is dat een bevestiging van het inzicht dat de ontdekking van 4300 exoplaneten astronomen heeft opgeleverd: het zonnestelsel is niet het standaardmodel voor alle planetenstelsels.
Feit is dat de tweeling van het zonnestelsel nog niet is gevonden. Integendeel, de Melkweg is rijk aan planeten die nooit rond de zon hadden kunnen ontstaan.
Maar juist vondsten van vreemde exoplaneten, en dan zeker de meest recente, kunnen licht werpen op raadsels van ons eigen zonnestelsel: hoe ontstond het en wat gebeurt er met de aarde en de andere planeten als de zon sterft als een rode reus?
Alle zonnestelsels zouden op het onze moeten lijken
Decennialang waren astronomen ervan overtuigd dat alle planetenstelsels sprekend op het zonnestelsel lijken – en terecht. De klassieke theorie van het zonnestelsel is zo simpel en logisch dat de vorming en ontwikkeling ervan bijna perfect worden beschreven door een paar natuurkundige principes.
De theorie legt uit waarom alle planeten op dezelfde manier rond de zon bewegen en waarom hun banen rond zijn en gelijk lopen met de evenaar van de zon: doordat ze ontstonden in een platte schijf van gassen die rond de jonge ster dezelfde kant op draaide als de zon.
De store planeter i Solsystemet blev dannet langt fra Solen, hvor vand kunne fryse til iskerner og tiltrække store mængder gas.
De theorie verklaart ook waarom de binnenste rotsplaneten – Mercurius, Venus, aarde en Mars – klein zijn.
De zon gaf zo veel hitte dat alleen stoffen met een hoog smeltpunt, zoals ijzer en steen, de brokken materie konden vormen die via botsingen geleidelijk tot planeten uitgroeiden. En aangezien er weinig bouwmaterialen in het binnenste deel van het zonnestelsel waren, werden de rotsplaneten niet erg groot.
Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus werden verder van de zon gevormd, waar water kon bevriezen, en konden dus snel grote kernen van ijs, ijzer en gesteente opbouwen, die door de zwaartekracht enorme hoeveelheden gas aanzogen.
De natuurkundewetten gelden in het hele heelal, en daarom voorspelden astronomen dat elk planetenstelsel op het zonnestelsel zou lijken.
Gasreus komt te dicht bij de ster
Maar die theorie sneuvelde al na de ontdekking van de eerste exoplaneet in 1995.
Planeet 51 Pegasi b is een gasreus zoals Jupiter, die om een zonachtige ster draait in zo’n nabije baan dat de omlooptijd slechts vier dagen bedraagt. En vlak bij de ster is het zo heet dat de gasreus niet daar kan zijn ontstaan.
4300 exoplaneten zijn er gevonden sinds de eerste in 1995 werd ontdekt.
Sindsdien hebben astronomen verschillende zogeheten hete Jupiters gevonden, maar ze twijfelen over het vormingsproces.
De belangrijkste theorie is dat de gasreuzen zich in koude delen van het planetenstelsel opbouwden en daarna via botsingen met andere gasreuzen dichter naar de ster toe werden geslingerd.
De volgende verrassing was de ontdekking van planeten met een grillige baan, want de planeten in het zonnestelsel hebben een regelmatige baan.
Maar vooral de vondst van drie soorten planeten die helemaal niet voorkomen in het zonnestelsel maakt duidelijk dat de klassieke theorie van planeetvorming de bonte stoet exoplaneten in de Melkweg niet kan verklaren.
Planeet gaat schuil onder zee
Het eerste probleem van de theorie zijn supergasreuzen: enorme gasplaneten tot 13 keer zo groot als Jupiter en met een baan die 20 keer zo ver van de ster verwijderd kan zijn als de afstand Jupiter-zon.
Jupiter er Solsystemets største planet. Gasgiganten er næsten 11 gange så stor som Jorden, og dens masse er 318 gange så stor.
Planeten van het zonnestelsel zijn dwergen
De aarde en Jupiter verbleken bij de superaardes en supergasreuzen die astronomen hebben ontdekt.
Zo ver in een planetenstelsel is er te weinig stof en ijs om snel een grote kern op te kunnen bouwen en veel gas aan te trekken. Daarom stelt een nieuwe theorie dat enorme, compacte brokken koud gas in één klap zijn ingestort tot supergasreuzen in een proces dat doet denken aan de vorming van sterren.
Het tweede grote mysterie zijn zeeplaneten, waar water een kwart tot de helft van de planeetmassa uitmaakt. Ter vergelijking: water maakt slechts 0,05 procent uit van de massa van de aarde.
De zeeplaneten kunnen wel een derde van de 4300 ontdekte exoplaneten vormen.
Die waterwerelden zijn mogelijk gevormd buiten de vorstgrens van hun planetenstelsel, waar water bevriest, waarna ze naar hun ster toe zijn getrokken en veel ijs is gesmolten.
Een verklaring voor het feit dat ze niet in het zonnestelsel ontstonden, kan zijn dat Jupiter en Saturnus snel al het ijs uit hun omgeving aanzogen.
Het derde type planeet dat de klassieke theorie van planeetvorming uitdaagt, zijn zogeheten superaardes, grote rotsplaneten met een massa van 2 tot 10 keer de aardmassa.
Ze zijn wijdverspreid in het stelsel, ook in de bewoonbare zone rond rode dwergsterren. Maar er kan onmogelijk een superaarde ontstaan in het binnenste deel van het zonnestelsel, omdat daar te weinig bouwmateriaal aanwezig was.
Planeter, som er fuldstændig dækket af hav, er en af de sære typer planeter, der udfordrer den klassiske teori om planetdannelse.
Onlangs ontdekte NASA’s ruimtetelescoop TESS een ongekend grote superaarde, TOI-849 b, van 39 aardmassa’s, een dichtheid als de aarde en een oppervlak dat 150 keer zo groot is als het aardoppervlak.
Mogelijk is de gigantische superaarde een kern van een voormalige gasreus waaruit het gas is verdampt. Als dat klopt, kunnen verdere studies van de planeet nieuws opleveren over de kernen van Jupiter en Saturnus, die schuilgaan achter ladingen gas.
Planetenstelsel heeft drie zonnen
Fans van de Star Wars-films weten dat de held Luke Skywalker opgroeide op de woestijnplaneet Tatooine, die rond twee zonnen draait, maar de realiteit is nog sterker, blijkt uit een ontdekking van een internationale groep astronomen onder leiding van Stefan Kraus van de Britse universiteit van Exeter.
Met de ALMA-telescoop en de Very Large Telescope in Chili heeft het team een planetenstelsel in wording gezien dat om drie sterren draait.
Het stelsel GW Orionis, op 1300 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Orion, bevat drie planeetvormende ringen van stof en gas die om drie sterren draaien.
De binnenste ring helt sterk ten opzichte van de andere, en simulaties duiden erop dat onder meer het ontstaan van een planeet in de binnenste ring het vlak van die ring heeft scheefgetrokken. Als dat klopt, dan is het de eerste bekende planeet die in een baan om drie sterren draait.
ZIEN 🎬 Pasgeboren planeet draait om drie sterren
Dubbelsterrensystemen komen veel voor in de Melkweg. Nu heeft de ALMA-telescoop een jong zonnestelsel met drie sterren ontdekt, met drie planeetvormende ringen van stof eromheen. De binnenste ring helt sterk ten opzichte van de andere twee, wat aangeeft dat een jonge planeet eraan trekt.
Astronomen hebben ook planeten ontdekt in een baan om twee sterren, en mogelijk maakt een derde van de sterren in de Melkweg deel uit van dubbelsterrenstelsels. Onze zon ontstond in een hechte groep van een paar duizend broers en zussen, en volgens Amir Siraj en Avi Loeb van Harvard University in de VS vormde de jonge zon ook een paar met een andere ster.
De nieuwe theorie bevat mogelijk het antwoord op het grootste onopgeloste raadsel van het zonnestelsel: de vorming van de enorme, bolvormige Oortwolk met biljoenen ijsbollen die rond het zonnestelsel draaien op afstanden van de zon die 2000-100.000 keer zo groot zijn als de afstand aarde-zon.
De heersende hypothese over de oorsprong van de wolk is dat de ijsbollen dichterbij zijn gevormd en op de een of andere manier naar hun verre banen zijn geslingerd.
De theorie van Siraj en Loeb stelt dat een gravitatieveld tussen de jonge zon en de buurster ijsbollen aantrok uit de planetenstelsels van beide sterren en van andere sterren in de cluster, en zo de Oortwolk voortbracht.
De kometen in het zonnestelsel in de Oortwolk kunnen afkomstig zijn van een ster waarmee de zon ooit een stel vormde.
ONS ZONNESTELSEL: De zon pikte de Oortwolk van zijn tweeling af
De planeten in het zonnestelsel (l) zijn omgeven door een schijf van ijsbollen (blauw), de Kuipergordel. Verder van de zon breidt de gordel zich uit tot een bol, de Oortwolk, die het zonnestelsel omringt. Volgens een nieuwe theorie had de zon ooit een tweeling (r), die later van de zon werd weggetrokken. Veel ijsbollen van de Oortwolk en de hypothetische Planeet 9 zijn mogelijk stukken van de buurster.
Vervolgens is de buurster weggetrokken door een passerende ster uit de cluster, en bleef de zon moederziel alleen achter. Als dat waar is, zijn veel ijsbollen in de Oortwolk en de hypothetische Planeet 9 mogelijk fragmenten van de voormalige partner van de zon of van andere sterren in de dichte cluster.
Zombie overleeft de dood van de ster
Planetenstelsels bieden ook inzicht in de toekomst van het zonnestelsel. Nieuwe waarnemingen van witte dwergsterren, de eindfase van zonachtige sterren, vertellen wat er met de planeten in het zonnestelsel zal gebeuren als de zon over 5 à 8 miljard jaar sterft.
De kern van de zon zal geen fusiebrandstof meer hebben in de vorm van waterstof, en helium zal fuseren tot koolstof en zuurstof. Dan zwelt de zon op tot een rode reuzenster die bijna tot aan de aarde komt.
Uiteindelijk slingert de reus zijn buitenste lagen de ruimte in en blijft er een kleine witte dwergster achter, die dood is in de zin dat er geen fusieprocessen meer plaatsvinden.
ZIEN 🎬 Zon zwelt op tot een rode reus
Als de zon geen brandstof meer heeft, groeit hij uit tot een rode reuzenster die de binnenste planeten verslindt.
Waarnemingen van witte dwergen tonen aan dat de dichtstbijzijnde planeten niet alleen worden gesteriliseerd door het hete oppervlak van de rode reus van 5000 ºC – de turbulente gasstromen slaan ook de planeten tegen elkaar en verbrijzelen ze.
Vertaald naar het zonnestelsel impliceert dit dat de aarde en de andere drie rotsplaneten een grimmig lot tegemoet gaan als de zon dooft. Maar een andere nieuwe ontdekking duidt erop dat de buitenplaneten kunnen overleven.
Een Amerikaanse onderzoeksgroep onder leiding van Andrew Vanderburg van de universiteit van Wisconsin-Madison heeft een zogeheten zombieplaneet gevonden. Het is een gasreus die naar een witte dwerg is getrokken en nu in een baan om zijn dode ster draait met een omlooptijd van slechts 1,4 dagen.
Zombieplaneet overleeft dood van de ster
Zonachtige sterren eindigen als witte dwergsterren, maar sommige planeten kunnen de dood van de ster overleven. Dit blijkt uit een nieuwe vondst van een gasreus in een baan om een witte dwerg.
1. Zonachtige sterren sterven als reuzen
Tegen het einde van hun leven zwellen zonachtige sterren op en veranderen ze in rode reuzensterren, die de dichtstbijzijnde planeten verbrijzelen. De boog laat zien hoe groot de ster WD 1856+534 als rode reus was vergeleken met ons zonnestelsel (in de zwarte balk met Mercurius, Venus, aarde en Mars).
2. Binnenste planeten knallen op elkaar
De rode reuzenster slingert uiteindelijk zijn buitenste lagen de ruimte in en wordt een kleine witte dwergster, waarin geen fusieprocessen plaatsvinden. De ijzeren kernen van de vernietigde planeten vallen naar de dwerg toe en slaan tegen elkaar te pletter.
3. Gasreus leeft verder als zombie
De ruimtetelescoop TESS heeft een gasreus ontdekt die in een baan om de witte dwergster WD 1856+534 draait. De vondst van de zombieplaneet duidt erop dat de buitenplaneten van ons zonnestelsel de dodendans van de zon over 5 à 8 miljard jaar kunnen overleven.
Gas in nood vormt planeten
Maar planeten rond een uitgedoofde ster of drie sterren tegelijk zijn niet eens het vreemdste dat we in het heelal kunnen tegenkomen. Misschien hoeven planeten helemaal niet rond een ster te ontstaan.
Dit denkt astronoom Keiichi Wada van de universiteit van Kagoshima in Japan, die de radicaal andere theorie lanceerde dat actieve superzware zwarte gaten duizenden planeten kunnen voortbrengen.
De theorie is gebaseerd op het feit dat het enorme superzware zwarte gat in het hart van grote sterrenstelsels wordt omringd door een draaiende schijf van miljoenen graden heet gas.
Het gas zendt een lading energierijke röntgenstralen uit voordat het monster de dichtstbijzijnde gaswolken verzwelgt, en de straling creëert een hevige lichtdruk, die alle kanten op gaat en stof en gas het stelsel in stuwt.
De stofstromen vormen een compacte, ijskoude schijf op een afstand van 10-30 lichtjaar van het zwarte gat. Hier klonteren stof en ijs samen tot bevroren rotsblokken, die zich bij botsingen samenpakken. Ze verzamelen zich in planeetkernen die gas aantrekken en planeten vormen, zogeheten blanets.
Superzware zwarte gaten kunnen honderden miljoenen jaren actief zijn en gas verzwelgen, en al die tijd wordt er constant heel veel stof naar het planeetvormende gebied aangevoerd.
Daarom kunnen de blanets wel 3000 aardmassa’s gaan bevatten, of bijna 100 keer de massa van Jupiter. Rond één superzwaar zwart gat kunnen er wel 10.000 voorkomen.
Een voor de hand liggende plaats om naar blanets te zoeken, is het enorme superzware zwarte gat in het sterrenstelsel M87, dat zich op 53 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt.
3000 keer de aardmassa kunnen planeten bereiken die uit zwarte gaten zijn ontstaan.
Een foto van een wereldwijd netwerk van radiotelescopen legde in 2019 vast dat het gat omgeven is door een fel oplichtende gasschijf. Die zal precies de stralingsdruk kunnen leveren waarbij volgens de theorie blanets kunnen ontstaan.
Zoeken naar de tweeling van het zonnestelsel
Ondanks de variatie in de planetenstelsels die astronomen hebben ontdekt tijdens hun 25-jarige zoektocht naar exoplaneten is er één ding dat nog steeds niet is gevonden: een kopie van het zonnestelsel. Dus wie weet is het zonnestelsel wel uniek in de Melkweg.
Misschien is het wel omdat de technieken waarmee de 4300 exoplaneten zijn gevonden, geen van alle bijster geschikt zijn om de tweeling van het zonnestelsel te vinden.
De twee meest gebruikte methoden – de slingermethode en de transitmethode – ontdekken vooral grote planeten die in een nabije baan om hun ster cirkelen. Ze kunnen bijvoorbeeld geen kleine rotsplaneet als Mars vinden, die vrij ver van zijn ster staat.
Maar daarin komt een kentering als NASA halverwege de jaren 2020 de grote ruimtetelescoop Nancy Grace Roman lanceert, die naar exoplaneten zal zoeken met een nieuwe technologie van microgravitatielenzen.
Rumteleskopet Nancy Grace Roman gør det muligt at finde solsystemer, der ligner vores.
De nieuwe methode zal gevoelig genoeg zijn om rotsplaneten te vinden die iets kleiner zijn dan Mars, en de camera zal alle planeten in een baan om een ster kunnen zien op afstanden tussen de baan van Venus en die van Pluto in.
De Roman-telescoop kan naar verwachting 2500 exoplaneten ontdekken met de nieuwe methode, en als het zonnestelsel tweelingen heeft in de Melkweg, zal de telescoop ze vinden. Ons eigen zonnestelsel blijft dus misschien niet de uitzondering van het heelal.
Het artikel kwam voor het eerst uit in 2021.