Astronomen staan voor een raadsel. Planeet K2-25b breekt alle wetten en regels waar andere exoplaneten zich wel aan lijken te houden.

Onderzoekers zijn in een nieuwe studie op een merkwaardige planeet gestuit. De betreffende exoplaneet heeft namelijk een vrij hoge dichtheid in vergelijking met zijn grootte en leeftijd. Het zet astronomen dan ook voor een raadsel.

K2-25b
De superzware planeet – aangeduid als K2-25b – cirkelt in slechts 3,5 dagen rond een rode dwergster. Rode dwergsterren (ook wel M-sterren genoemd) zijn de meest voorkomende en langstlevende sterren in het heelal. K2-25b maakt deel uit van de Hyaden; een nabije sterrenhoop bestaande uit jonge sterren in het sterrenbeeld Stier. Het systeem is ongeveer 600 miljoen jaar oud en bevindt zich op zo’n 150 lichtjaar van de aarde.


Waarnemingen
Onderzoekers bestudeerden de jonge exoplaneet met behulp van de WIYN 3,5 meter-telescoop. Hieruit blijkt dat de planeet kleiner is dan Neptunus, maar wel 1,5 keer zoveel massa heeft. “De kenmerken van K2-25b zijn ongewoon,” zegt onderzoeksleider Gudmundur Stefansson. “De planeet heeft een hoge dichtheid in vergelijking met zijn grootte en leeftijd.” De planeet verschilt dan ook enorm met andere jonge ‘sub-neptunussen’ die dicht rond hun moederster cirkelen. “Meestal hebben deze planeten een lage dichtheid,” zegt Stefansson. “En sommige hebben zelfs een uitgestrekte atmosfeer. K2-25b lijkt echter een dichte kern te hebben die ofwel rotsachtig, of waterrijk is en beschikt over een vrij dunne atmosfeer.”

Diffuser
Om de aard en oorsprong van K2-25b te onderzoeken, besloten de astromen allereerst de massa en dichtheid te bepalen. Hoewel de grootte van de exoplaneet aanvankelijk werd gemeten met NASA’s Kepler-telescoop, werden de metingen verfijnd met behulp van zeer nauwkeurige gegevens van de WIYN 3,5 meter-telescoop. Hierbij maakten de onderzoekers gebruik van een eenvoudige, maar effectieve diffuser die door Stefansson zelf werd ontwikkeld. De innovatieve diffuser verspreidt het sterlicht, waardoor de helderheid van de ster op het moment dat de planeet voor langs beweegt, veel nauwkeuriger kan worden gemeten. Dit resulteert in een zorgvuldigere meting van onder andere de grootte en de baan van de planeet.

De betreffende difusser. Het plaatje is vijf cm bij vijf cm groot. Afbeelding: Gudmundur Stefansson/RPC Photonics

De nieuwe waarnemingen leggen bestaande theorieën over de manier waarop planeten ontstaan, onder vuur. Omdat de planeet namelijk zo’n hoge dichtheid heeft, snappen onderzoekers niet helemaal hoe de planeet het levenslicht zag. Astronomen veronderstellen dat gigantische planeten beginnen met een bescheiden kern, bestaande uit rots en ijs. Deze kern heeft een massa van ongeveer vijf tot tien keer die van de aarde. De planeet hult zich vervolgens in enorme hoeveelheden gas. Het resultaat is een gasreus zoals Jupiter. Planeet K2-25b breekt echter alle wetten en regels waar andere exoplaneten zich wel aan lijken te houden. De planeet heeft namelijk 25 keer de massa van de aarde maar is relatief klein in omvang. Bovendien bestaat K2-25b voornamelijk uit de kern en heeft ie bijna geen gasvormig omhulsel.

Raadsels
De vreemde eigenschappen van K2-25b stellen astronomen voor twee raadsels. Allereerst: hoe heeft de planeet zo’n grote kern kunnen vormen, die vele malen het voorspelde limiet van vijf tot tien aardmassa’s overschrijdt? En ten tweede: hoe heeft K2-25b met zijn grote kern – en derhalve sterke zwaartekracht – de opbouw van een gasvormig omhulsel verhinderd?


Vervolgonderzoek
Op dit moment moeten de onderzoekers ons nog het antwoord schuldig blijven. Maar hopelijk biedt toekomstig onderzoek het begerige antwoord. Daarbij zal wederom gebruik worden gemaakt van de door Stefansson ontwikkelde diffuser. De omlooptijd kan met deze techniek namelijk heel precies worden bepaald, op wel 20 seconden nauwkeurig (in plaats van 30 tot 40 minuten zoals voorheen). Deze verbetering is van cruciaal belang voor vervolgwaarnemingen met het Gemini Observatory en de aankomende James Webb-ruimtetelescoop.

De hoop is dat we na nóg grondigere waarnemingen te weten zullen komen hoe deze merkwaardige planeet het levenslicht zag. Want op dit moment staat het bestaan van de exoplaneet op gespannen voet met de voorspellingen van toonaangevende theorieën over planeetvorming. Het zou daarom zomaar kunnen dat we ons begrip over hoe planeten geboren worden, enigszins moeten bijstellen.