Simulaties suggereren dat op gasreuzen rond de ster HR8799 ook regelmatig kometen en planetoïden inslaan.

Ons zonnestelsel is opgebouwd uit acht planeten. In het binnenste van het zonnestelsel vinden we eerst vier rotsachtige exemplaren. Daarna wordt de reeks onderbroken door een planetoïdengordel. Achter die planetoïdengordel houden zich vervolgens nog vier gasreuzen op. En dan is er weer een planetoïdengordel te vinden. Hoewel we lang dachten dat ons zonnestelsel vrij uniek was, hebben de vele exoplaneten die in de afgelopen decennia zijn ontdekt, die aanname aan het wankelen gebracht. En dat geldt met name voor de ontdekking van de gasreuzen die rond de ster HR8799 cirkelen. Dit stelsel lijkt namelijk verrassend veel op het onze. Het herbergt ook twee planetoïdengordel en vier gasreuzen. Bovendien sluiten onderzoekers niet uit dat er wat dichter bij HR8799 ook nog enkele rotsachtige planeten op ontdekking wachten.

Inslagen
Van ons eigen zonnestelsel weten we dat het regelmatig voorkomt dat materiaal uit de binnenste en buitenste planetoïdengordel zijn weg vindt naar één van de acht planeten. “De banen van de lichamen in die gordels (planetoïden en kometen) zijn meestal instabiel,” vertelt onderzoeker Floris van der Tak, verbonden aan de Rijksuniversiteit Groningen en het Nederlands instituut voor ruimte-onderzoek (SRON). “Eens in de zoveel tijd stort er dus eentje neer op een planeet. Het ijs (en ander materiaal) verdampt daarbij en onder meer het water komt in de atmosfeer terecht.” En zo kunnen zowel de rotsachtige planeten nabij de zon, als de gasreuzen die wat verder van de zon verwijderd zijn, nog altijd verrijkt worden met materiaal uit deze omvangrijke gordels.


Simulaties
Wanneer we naar HR8799 – het stelsel dat in veel opzichten zo op het onze lijkt – kijken, kun je je dan ook terecht afvragen of daar ook planetoïden en kometen zijn die zich vanuit hun gordels losmaken om vervolgens hun weg te vinden naar één van de gasreuzen. Het was een vraag die ook Van der Tak en collega’s bezighield. En dus besloten ze het te onderzoeken. En dankzij simulaties kunnen ze nu concluderen dat het zeer aannemelijk is dat ook rond HR8799 kometen en planetoïden vanuit hun planetoïdengordels op de gasreuzen inslaan en deze zo met allerlei materialen verrijken.

Veel materiaal
Uit de simulaties blijkt bovendien dat het waarschijnlijk om grote hoeveelheden materiaal gaat. De onderzoekers schatten dat er ongeveer een half miljoenste van de planeetmassa’s door kometen en planetoïden vanuit de planetoïdengordels naar de gasreuzen wordt gebracht. “Dat dit gebeurt, vonden wij niet zo verrassend, omdat HR8799 twee van die gordels heeft, net als ons zonnestelsel,” aldus Van der Tak. “Maar dat er zo veel materiaal wordt geleverd, verraste ons wel.”

Op deze foto, gemaakt met behulp van de Palomar Observatory’s Hale Telescope in Californië, zie je het licht dat drie van de vier planeten die rond HD8799 cirkelen, reflecteren. De drie planeten die je hier ziet, zijn stuk voor stuk gasreuzen en cirkelen op 24 AU (1 AU is de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon), 38 AU en 68AU om hun moederster heen. Even ter vergelijking: Jupiter cirkelt in ons zonnestelsel op ongeveer 5 AU om onze zon heen. De vierde gasreus die rond HD8799 cirkelt, ontbreekt op deze afbeelding. Het gaat om HD8799e. Deze draait op een afstand van ongeveer 14,5 AU om de moederster heen. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory.

Vuurvast en vluchtig
Het gaat dan om twee typen materiaal: vuurvast en vluchtig. De planeten die nabij de moederster ontstaan, zijn van zichzelf rijk aan vuurvaste materialen. Vluchtige stoffen – zoals water en methaan – houden nabij de warme moederster, die bovendien krachtige zonnewinden genereert, immers geen stand. Planeten die op grotere afstand van de moederster het levenslicht zien, ondervinden veel minder hinder van de zonnewind en -warmte en kunnen dus wel waterijs verzamelen en een atmosfeer vol vluchtige stoffen opbouwen. De planetoïdengordels maken het – doordat ze via kometen en planetoïden zowel vuurvaste als vluchtige stoffen naar de planeten kunnen voeren – mogelijk om de verschillen tussen de planeten in het hart van het zonnestelsel en in de buitenste regionen ervan ietsje kleiner te maken. Zo kunnen ze bijvoorbeeld water naar de binnenste rotsachtige planeten vervoeren. Aangenomen wordt dat de aarde zo ook aan verschillende, in eerste instantie ontbrekende ingrediënten voor leven is gekomen. Dat onderzoekers nu aantonen dat kometen en planetoïden in een ander zonnestelsel op een vergelijkbare manier dienst doen als leveranciers van allerhande materialen, maakt het volgens Van der Tak dan ook aannemelijker dat ook in andere zonnestelsels leven te vinden is.


James Webb Space Telescope
Als het aan Van der Tak en collega’s ligt, nemen we HR8799 en omgeving in de toekomst nog eens onder de loep, met behulp van de krachtige James Webb Space Telescope. Deze telescoop – die naar verwachting in 2021 gelanceerd kan worden – kan onder meer uitzoeken hoeveel vuurvast materiaal de gasreuzen rond HR8799 herbergen. En zo onthullen hoe druk de kometen en planetoïden in dit planetenstelsel bezig zijn om materialen op de gasreuzen af te leveren. “Als telescopen de voorspelde hoeveelheden vuurvaste stoffen detecteren, verklaren we die door aanvoer vanuit de gordels, zoals onze simulatie laat zien,” aldus onderzoeker Kateryna Frantseva, eveneens verbonden aan de Rijksuniversiteit Groningen en SRON. “Als ze meer vuurvaste stoffen detecteren dan voorspeld, dan is het aanvoerproces misschien actiever dan we dachten, bijvoorbeeld omdat HR8799 veel jonger is dan ons zonnestelsel.” Van der Tak legt uit waarom de leeftijd van de ster van invloed kan zijn op het aanvoersysteem. “Rondom jonge sterren zijn de planetoïdengordels dikker. In de loop van de tijd storten af ten toe lichamen neer en er komen geen nieuwe bij.” Dus de kans dat planetoïden en kometen op planeten inslaan, neemt in de loop van de tijd af.

Het onderzoek benadrukt volgens Van der Tak nog maar eens dat we de impact van planetoïden en kometen op een zonnestelsel niet moeten onderschatten. “Kleine lichamen spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling (en leefbaarheid) van planeetstelsels. De meeste mensen denken alleen aan (grote) planeten, maar dat is niet terecht. Kleine lichamen hebben een grote invloed, omdat er heel veel van zijn.”