De zon is een eenzame ster. Zijn naaste buur is meer dan 40.000 miljard kilometer ver weg.
Maar zo was het niet altijd. 4,6 miljard jaar geleden ontstond de zon in een compacte sterrenhoop. De ruimte tussen de pasgeboren sterren was gevuld met stof, gas, kometen, planetoïden – en misschien zelfs planeten.
De jonge zon en de andere sterren, die astronomen haar ‘zussen’ noemen, trokken met hun zwaartekracht aan de kleinere hemellichamen. Gedurende miljoenen jaren kwamen alle objecten in hun eigen stersysteem tot rust. En zo is ons zonnestelsel met zijn hemellichamen ontstaan – althans volgens de theorie.
De Orionnevel is een enorme wolk van stof en gassen waaruit sterren worden geboren. Net als de sterrenhoop waaruit de zon ontstond, maar die nog niet is gelokaliseerd.
Maar er blijven twee mysteries over. De eerste is de zogeheten Planeet 9, die volgens berekeningen rond het buitenste zonnestelsel draait, maar nooit is waargenomen. De tweede is de Oortwolk, een bol van 100 miljard kleine objecten die het zonnestelsel omcirkelt.
De zwaartekracht van de zon was niet sterk genoeg om Planeet 9 en alle planetoïden en kometen in de Oortwolk aan te trekken vanuit de sterrenhoop waarin ze ontstond.
Daarom komen twee Amerikaanse wetenschappers nu met een opzienbarende verklaring: de zon had een tweeling.
En nu is het zoeken naar bewijzen.
IJswolk wekt verbazing
Ons zonnestelsel is ontstaan nadat een wolk van stof en gas instortte. In het centrum werd de druk zo groot dat waterstofatomen fuseerden tot helium – de zon was geboren. De rest van het materiaal vormde er een draaiende schijf omheen.
Stof en gassen in de schijf pakten zich samen tot brokken, waarvan de grootste uiteindelijk uitgroeiden tot de planeten die we vandaag de dag kennen.
Toen de planeten waren gevormd, verzamelden de planetoïden zich in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter, en de kometen in de Kuipergordel aan de andere kant van de verste planeten.
Nog verder weg, aan de rand van het zonnestelsel, pakte de Oortwolk zich samen: een zwerm van 100 miljard ijsbollen, planetoïden en kometen.
De wolk begint 2000 keer zo ver van de zon als wij. Ter vergelijking: de verste van de acht planeten, Neptunus, is 30 keer zo ver weg van de zon als wij.
Van 5000 tot 100.000 keer zo ver van de zon als wij vormt de Oortwolk een soort holle bol rond het zonnestelsel.
De Oortwolk, die bestaat uit ijslichamen, planetoïden en kometen, omringt het hele zonnestelsel.
De Oortwolk is het grootste raadsel van het zonnestelsel. Zo kunnen veruit de meeste ijslichamen volgens berekeningen niet zijn ontstaan in het binnenste van het jonge zonnestelsel.
Maar als de zon het ijs bij een van de andere sterren in de sterrenhoop heeft weggetrokken, dan zou de wolk minder objecten moeten tellen en niet bol moeten zijn.
Nu denken de astrofysici Amir Siraj en Abraham Loeb van Harvard University in de VS dat zij de verklaring hebben gevonden: de zon had gedurende de eerste 100 miljoen jaar van het sterrenbestaan een tweeling.
Zo’n sterrenpaar is niet eens zo vreemd. Circa de helft van de zonachtige sterren in de Melkweg draait in een paar om elkaar heen in zogeheten dubbelstersystemen.
Als Siraj en Loeb gelijk hebben, verklaart dat de omvang en de bolvorm van de Oortwolk. De tweelingen hadden samen een gravitatieveld dat sterk genoeg was om de vele hemellichamen van de Oortwolk naar zich toe te trekken – en wel vanuit alle richtingen, waardoor de wolk een bol werd in plaats van een schijf.
En als de zon een tweeling had, verklaart dat niet alleen hoe de Oortwolk is ontstaan, maar mogelijk ook het meest raadselachtige object van het zonnestelsel: Planeet 9.
Zonnen vangen Planeet 9 in
Astronomen vermoeden al meer dan een eeuw dat het zonnestelsel een extra planeet bevat. Deze Planeet 9 is alleen nooit rechtstreeks waargenomen. Volgens berekeningen moet hij zich ergens in het buitenste zonnestelsel bevinden.
De grote planetoïde Sedna draait in een scheve baan om de zon, wat het best kan worden verklaard als er in het buitenste zonnestelsel een planeet is met een massa die tien keer zo groot is als die van de aarde.
Maar net als bij de Oortwolk kunnen astronomen met traditionele theorieën niet verklaren hoe Planeet 9 in het zonnestelsel kan zijn beland.
Astronomen hebben eerder geopperd dat Planeet 9 in het binnenste zonnestelsel is ontstaan en door de zwaartekracht van Jupiter naar buiten is geslingerd, maar dit verklaart niet waarom hij 15 keer zo ver weg staat als Neptunus.
De nieuwe theorie van de zon en haar tweeling kan dit wel verklaren.
De twee sterren draaiden op een afstand van 1000-1500 maal de afstand aarde-zon om een gemeenschappelijk zwaartepunt.
Dit zwaartepunt trok Planeet 9 en een zwerm kleinere dwergplaneten aan van andere sterren in de sterrenhoop waarin de zon is ontstaan.
Toen na 100 miljoen jaar een derde ster voorbijkwam, werd de tweeling weggerukt door de zwaartekracht daarvan, terwijl Planeet 9 in het zonnestelsel bleef hangen.
Siraj en Loeb schatten dat dit scenario 20 keer zo waarschijnlijk is als dat de zon in haar eentje Planeet 9 heeft ingevangen.
Tweeling was kosmische stofzuiger
De jonge zon en haar tweeling hadden samen een sterk gravitatieveld, waarin miljarden planetoïden en kometen – en misschien de ongrijpbare Planeet 9 – werden gevangen voordat de tweeling door een passerende ster werd weggerukt.
1: Sterrenpaar deelt gravitatieveld
De zon wordt samen met haar tweeling geboren in een compacte sterrenhoop. Samen creëert het tweetal een extreem sterk gravitatieveld dat planetoïden, kometen en misschien planeten van naburige stelsels de sterrenhoop in trekt.
2: Planeet 9 wordt ingevangen
De dubbelster vangt de mogelijke Planeet 9 in, die rond het gemeenschappelijke zwaartepunt midden tussen de twee sterren draait. Ook een zwerm dwergplaneten in soortgelijke banen wordt ingevangen.
3: Tweeling trekt ijswolk aan
Het sterrenpaar trekt planetoïden, kometen en ijslichamen aan van sterrenstelsels aan alle kanten. De Oortwolk aan de rand van het zonnestelsel is daardoor bol, anders dan de platte schijf van het zonnestelsel met zijn acht bekende planeten.
4: Tweeling wordt weggerukt
Een passerende ster trekt de tweeling weg, waardoor de zon eenzaam achterblijft. Planeet 9 blijft in een baan rond de zon, samen met een deel van de ijslichamen die de Oortwolk gaan vormen.
Om de theorie van de tweeling van de zon te kunnen bewijzen of weerleggen, moet Planeet 9 worden gevonden. Daarbij zal het Vera C. Rubin Observatory in Chili een grote rol spelen wanneer het in 2022 klaar is.
De Vera C. Rubin-telescoop heeft een hoofdspiegel van 8,4 meter en is uitgerust met ’s werelds grootste digitale camera met 3200 megapixels, die een gezichtsveld bestrijkt dat overeenkomt met 40 vollemanen. Daarmee kan de Vera C. Rubin de hele zuidelijke hemel in slechts drie nachten scannen.
De telescoop kan verre en zwakke hemellichamen langs de hemel zien bewegen, dus ook de voorspelde Planeet 9.
De Vera C. Rubin-telescoop in Chili moet van 2022 tot 2032 een reeks hemellichamen in het zonnestelsel in kaart brengen, zoals dwergplaneten, planetoïden en kometen.
Als de Vera C. Rubin-telescoop de grote planeet in een scheve baan waarneemt, kan dit erop wijzen dat hij niet uit het zonnestelsel afkomstig is, maar hierheen is getrokken door de zon en haar tweeling. Verder zullen astronomen uitkijken naar dwergplaneten in soortgelijke banen, die ook door de tweelingtheorie worden voorspeld.
En ze stoppen niet als ze sporen vinden van de tweeling van de zon – ze gaan achter al haar zussen aan.
Tweeling kan leven hebben gebracht
De verdwenen tweeling van de zon voegt een heel nieuw hoofdstuk toe aan de theorie over de dichte sterrenhoop waarin onze ster is ontstaan.
Onderzoekers proberen al lang te begrijpen wat er met de zon en haar zussen na de geboorte is gebeurd.
In 2009 simuleerde Simon Portegies Zwart van de Universiteit Leiden de omstandigheden in de jonge sterrenhoop. Hij ontdekte dat de hoop zo’n 3500 jonge sterren van allerlei afmetingen bevat en berekende hoe deze zich over het sterrenstelsel hebben verspreid.
De afgelopen 4,6 miljard jaar zijn de sterren meer dan 20 keer rond het centrum van de Melkweg gedraaid, waardoor ze verspreid zijn geraakt in een halve cirkel die zich uitstrekt tot halverwege het sterrenstelsel.
De tweeling van de zon kan zich overal in die halve cirkel bevinden, maar zeker 100 andere zussen zijn hooguit een paar honderd lichtjaar ver.
Dat is zo ‘dichtbij’ dat de ruimtetelescoop Gaia hun bewegingen met grote precisie in kaart kan brengen.
De telescoop Gaia observeert sterren die ‘zusjes’ kunnen zijn van de zon, omdat ze in dezelfde sterrenhoop zijn gevormd.
Als de beweging van een ster is gemeten, kan de tijd worden teruggespoeld om vast te stellen waar hij vandaan komt.
De afgelopen jaren hebben astronomen met de waarnemingen van de Gaia gezocht naar sterren die op dezelfde plaats in de Melkweg zijn geboren als de zon. En nu hebben ze mogelijk twee van haar zussen gevonden, de sterren HD 162826 en HD 186302.
Grote telescopen op aarde hebben de lichtspectra van de twee sterren gemeten, waardoor hun ouderdom en chemische samenstelling bepaald kunnen worden.
Telescoop vindt zussen van de zon
Zussen van de zon verspreiden zich
De sterrenhoop waarin de zon is geboren (l) heeft zich als gevolg van de draaiing van de Melkweg verspreid, zodat de sterren in een halve cirkel over de helft van het sterrenstelsel zijn verdeeld (r). Daarom kan de tweeling van de zon zich overal in de halve cirkel bevinden.
Telescoop spoort zussen op
De Gaia-telescoop brengt de bewegingen van 1,3 miljard sterren in kaart. Met deze gegevens kunnen astronomen de bewegingen van individuele sterren terugrekenen en sterren vinden uit dezelfde sterrenhoop als de zon.
Zussen hebben zelfde chemie als de zon
De sterren HD 162826 en HD 186302 komen uit dezelfde kraamkamer als de zon en hebben ook dezelfde chemische samenstelling, inclusief het aandeel van de elementen barium en yttrium. Daarom noemen wetenschappers ze de zussen van de zon.
In beide gevallen lijken de twee zussen erg op de zon.
Als er de komende jaren meer zussen van de zon worden gevonden, krijgen astronomen een heel nieuw inzicht in de sterrenhoop waar de zon is geboren.
En als de tweelingtheorie wordt bevestigd, is dat meteen een belangrijk hoofdstuk in het verhaal over hoe het leven op aarde is ontstaan, want de extra zwaartekracht van de tweeling heeft bijgedragen tot het ontstaan van de Oortwolk. En van hieruit raasde miljoenen jaren geleden een zwerm kometen het binnenste zonnestelsel binnen, waarvan er vele de aarde troffen en ons veel water bezorgden.
Zo hebben we ons bestaan misschien te danken aan de tweeling van de zon.