Op zo’n honderd lichtjaar van de aarde hebben astronomen zes bijzondere exoplaneten gevonden (planeten buiten ‘ons’ zonnestelsel) met allemaal een grootte tussen die van de aarde en Neptunus. Astronomen vermoeden dat planeten van dit formaat cirkelen rondom meer dan de helft van alle zonachtige sterren in het heelal, maar bijzonder aan de nieuwe vondst is dat alle zes planeten met elkaar in resonantie zijn. Dat betekent dat hun omlooptijden precies op elkaar zijn afgestemd, als een klok. Wanneer een van de planeten bijvoorbeeld één rondje om de zon draait, doet de andere er twee. Een soort langeafstandsrelatie die vermoedelijk maar bij 1 procent van alle planeetgroepen voorkomt.
De astronomen vonden de planeten met NASA-satelliet TESS en de Europese satelliet Cheops. Ze deelden hun vondst deze week in het wetenschappelijke blad Nature.
„Mooi is dat de nu ontdekte werelden ons iets leren over het ontstaan van planeten”, zegt Ewine van Dishoeck, astronoom aan de Universiteit Leiden en niet bij de studie betrokken. Hoewel planeten van dit formaat dus niet uniek zijn, is het nog een raadsel hoe en onder welke omstandigheden ze precies ontstaan. „Wanneer een planetengroep zich vormt, komen de planeten over het algemeen in het prille begin met elkaar in resonantie, maar meestal raken ze in de loop van de tijd uit balans. Er hoeft maar één grote planeet bij te komen, bijvoorbeeld een Jupiter, of een ster te passeren en het zorgvuldige evenwicht is verstoord; de planeten veranderen van baan. Dan kun je een planeet wel bestuderen, maar misschien is de planeet wel pas veel later naar de huidige plek geknikkerd en weet je alsnog niet onder welke omstandigheden hij ontstond.”
Dat de nu ontdekte planeten nog steeds in resonantie zijn, betekent vermoedelijk dat de opstelling ervan intact is gebleven sinds de vorming, zo’n miljard jaar geleden. „Dat maakt het een prachtig lab voor astronomen die onderzoeken hoe planeten precies ontstaan.”
Verschroeide Jupiters
Wat astronomen wel weten is dat planeten waarschijnlijk ontstaan als klonteringen in een donutvormige schijf van gas en stof rondom een jonge ster. Langzaam groeien de stofkorrels uit tot grotere objecten en uiteindelijk vormen zich nieuwe werelden.
Astronomen zoeken naar planeten buiten ‘ons’ zonnestelsel door het licht van sterren te bestuderen. Wanneer een planeet vanaf de aarde gezien voor zijn ster langs beweegt, blokkeert de planeet een beetje sterlicht. Die methode heet de transitmethode. De afgelopen dertig jaar zijn ruim vijfduizend verre werelden gevonden: van gigantische, verschroeide Jupiters tot planeten die om twee sterren draaien.
Met die transitmethode vond een team astronomen, onder leiding van Rafael Luque van de Universiteit van Chicago, in 2020 met NASA’s ruimtedetector TESS signalen van exoplaneten rondom ster HD 110067. Dat is een heldere ster relatief dicht bij de aarde in het sterrenbeeld Coma Berenices. Onduidelijk was toen nog om hoeveel planeten het ging en wat de eigenschappen ervan waren. „Het nadeel aan TESS is dat de telescoop slechts eens per twee jaar hetzelfde stuk van de hemel scant”, zegt Luque in een persconferentie. Twee jaar later keken de astronomen nog een keer met TESS naar HD 110067, maar hun vragen bleven grotendeels onbeantwoord.
9.114 dagen
„Toen besloten we om ESA’s ruimtetelescoop Cheops in te schakelen”, zegt Luque. TESS is goed in het scannen van grote stukken hemel, Cheops kan juist gedetailleerd waarnemen. Het team vond eerst de binnenste drie planeten. Opvallend was dus dat ze met elkaar in resonantie zijn. De buitenste van de drie doet er 20,519 dagen over om in een baan om de ster te draaien, wat zo’n 1,5 keer zo lang is als de omlooptijd van de middelste planeet die er 13,673 dagen over doet. Dat is dan weer 1,5 keer zo lang als de omlooptijd van de binnenste planeet: 9,114 dagen. Kleine verstoringen in de banen van de drie planeten verraadden de aanwezigheid van de buitenste drie planeten. De buitenste planeet doet zo’n 54 dagen over een rondje.
Wie de massa en de grootte van een planeet weet, kan de dichtheid berekenen en daarmee iets zeggen over de samenstelling van de planeet. De nu ontdekte sterren hebben een relatief lage dichtheid, wat suggereert dat ze waterstofrijke atmosferen hebben. Van Dishoeck: „Het zou interessant zijn om dat in de toekomst gedetailleerder te bestuderen, bijvoorbeeld met ruimtetelescoop James Webb.”
