Raadselachtig ritmisch stelsel van zes exoplaneten stelt planeetvormingstheorieën op de proef

Illustratie: het uitzicht vanaf de planeet in het TOI-178-stelsel die zich het verst van de ster bevindt. (ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Met behulp van een combinatie van telescopen, waaronder de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), hebben astronomen een stelsel van zes exoplaneten ontdekt¹, waarvan er vijf in een bijzonder ritme om hun moederster cirkelen. De onderzoekers denken dat het stelsel belangrijke aanwijzingen kan verschaffen over de manier waarop planeten, waaronder die in ons eigen zonnestelsel, ontstaan en evolueren.

De eerste keer dat het onderzoeksteam TOI-178 – een ster op ongeveer 200 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Sculptor (Beeldhouwer) – waarnam, dachten de wetenschappers dat ze twee planeten hadden ontdekt die in dezelfde baan om de ster draaiden. Maar bij nadere inspectie bleek het iets heel anders te zijn.

Ritmische dans

Het nieuwe onderzoek heeft uitgewezen dat het stelsel zes planeten telt en dat deze, op de binnenste planeet na, zijn verstrikt in een ritmische dans. Met andere woorden: ze zijn in resonantie. Dit betekent dat er telkens terugkerende patronen te zien zijn in de bewegingen van de planeten rond de ster, waarbij sommige planeten om de paar omlopen op één lijn komen te staan. Een vergelijkbare resonantie is waarneembaar bij drie van de manen van de planeet Jupiter: Io, Europa en Ganymedes. De binnenste van de drie voltooit vier volledige omlopen om Jupiter in de tijd dat de buitenste, Ganymedes, er één volbrengt, en twee omlopen in de tijd dat Europa er één voltooit.

De vijf buitenste planeten van het TOI-178-stelsel volgen een veel ingewikkeldere resonantieketen, een van de langste die tot nu toe bij een planetenstelsel zijn ontdekt. Waar de drie Jupitermanen in een resonantie van 4:2:1 verkeren, vormen de vijf buitenste planeten van TOI-178 een keten van 18:9:6:4:3. In de tijd dat de tweede planeet vanaf de ster (de eerste in de resonantieketen) achttien omlopen volbrengt, volbrengt de derde planeet vanaf de ster (tweede in de keten) er negen, enzovoort. Het is zelfs zo dat de wetenschappers aanvankelijk slechts vijf planeten in het stelsel hadden ontdekt, en de zesde planeet pas wisten op te sporen toen ze op basis van dit resonantie-ritme hadden berekend waar deze extra planeet zich tijdens hun volgende waarnemingssessie zou moeten bevinden.

Dichtheid

Deze dans van resonerende planeten is meer dan een curiositeit: hij verschaft informatie op het verleden van dit stelsel. Als het stelsel eerder in zijn bestaan duidelijk verstoord zou zijn geweest, bijvoorbeeld door een grote inslag, zou deze kwetsbare configuratie van banen dit niet hebben overleefd.

Waar de rangschikking van de planeetbanen netjes geordend is, zijn de dichtheden van de planeten veel minder op elkaar afgestemd. Het lijkt erop dat een planeet met de dichtheid van de aarde wordt gevolgd door een heel ‘donzige’ planeet met de halve dichtheid van Neptunus, en die weer door een planeet met de dichtheid van Neptunus. In ons eigen zonnestelsel zijn de planeten wel netjes op dichtheid gesorteerd: de rotsachtige dichtere planeten bevinden zich dicht bij de centrale ster (de zon), de gasplaneten met lage dichtheid verder naar buiten. Het contrast tussen de ritmische harmonie van de baanbewegingen en de wanordelijke dichtheden laat zich volgens de onderzoekers niet gemakkelijk verklaren.

Noten

1. Astronomy & Astrophysics, 25 januari