Het bijzondere stelsel telt zes planeten die, op de binnenste planeet na, verstrikt zijn geraakt in een ritmische dans.

Wetenschappers hebben met behulp van verschillende telescopen een bijzonder planetenstelsel ontdekt. Het stelsel bestaat uit zes exoplaneten, waarvan er vijf in een wel heel bijzonder ritme om hun moederster heen draaien. De vijf buitenste planeten volgen een ingewikkelde ‘resonantieketen’ die na bestudering één van de langste blijkt te zijn die onderzoekers ooit hebben gezien.

TOI-178
De zes exoplaneten draaien om de ster TOI-178; een ster op ongeveer 200 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Sculptor (Beeldhouwer). Toen de onderzoekers voor het eerst hun telescopen op deze ster gericht hielden, dachten ze dat er maar twee planeten omheen cirkelden. Maar bij nadere inspectie bleek dat niet helemaal juist. “Vervolgwaarnemingen leerden ons dat er niet twee planeten op ongeveer dezelfde afstand om de ster cirkelen, maar dat het om meer planeten in een heel specifieke configuratie gaat,” aldus onderzoeker Adrien Leleu.

Ritmische dans
De onderzoekers wisten uiteindelijk zes planeten te ontwaren die, op de binnenste planeet na, verstrikt zijn geraakt in een ritmische dans. Met andere woorden: ze zijn in resonantie, wat betekent dat de planeten in synchrone banen terecht zijn gekomen. Er is telkens een terugkerend patroon te zien in de bewegingen van de planeten rond hun 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 uit ons zonnestelsel: 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.


Animatie van de omloopbanen van de planeten van TOI-178 en hun resonanties.

Resonantieketen
Toch is de situatie bij de planeten rond TOI-178 een tikkeltje anders. De vijf buitenste planneten volgen namelijk een veel ingewikkeldere resonantieketen; één van de langste die onderzoekers ooit hebben gezien. 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. Hoe dat precies zit? 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.

Vergelijking
Na bestudering blijken de planeten op een veel kleinere afstand om hun moederster te draaien dan de aarde om de zon. De snelste (en binnenste) planeet doet er slechts een paar dagen over om een rondje rond om zijn ster te voltooien, terwijl de traagste daar ongeveer tien keer zoveel tijd voor nodig heeft. Kijken we naar de grootte van de planeten, dan valt op dat de zes planeten afmetingen hebben uiteenlopend van één tot driemaal de aarde. En dat terwijl hun massa’s anderhalf tot dertig aardmassa’s bedragen. Maar dat is nog niet het enige. Sommige planeten zijn namelijk rotsachtig, maar groter dan de aarde; planeten die ook wel met de term superaarde worden aangeduid. Andere zijn gasplaneten (vergelijkbaar met de buitenste planeten van ons zonnestelsel) maar dan vele malen kleiner; deze worden ook wel mini-Neptunussen genoemd.

De ontdekking van deze dans van resonerende planeten is niet alleen heel merkwaardig, het verschaft ons tevens meer inzicht in de historie van het bijzondere planetenstelsel. “De banen van dit stelsel zijn heel netjes geordend,” zegt onderzoeker Yann Alibert. “Dit vertelt ons dat het stelsel sinds zijn ontstaan in alle rust is geëvolueerd.” Als het stelsel eerder in zijn bestaan verstoord zou zijn geweest – bijvoorbeeld door een grote inslag – zou deze kwetsbare configuratie van banen dit niet hebben overleefd.

Dichtheid
Waar de rangschikking van de banen van de planeten dus netjes geordend is, zijn de dichtheden van de planeten echter 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,” somt onderzoeker Nathan Hare op. “Dat is niet wat we gewend zijn.” In ons zonnestelsel zijn de planeten bijvoorbeeld netjes op dichtheid gesorteerd: de rotsachtige planeten met een hoge dichtheid bevinden zich dicht bij de zon terwijl de gasreuzen met lage dichtheid zich veel verder naar buiten bevinden. “Dit contrast tussen de ritmische harmonie van de baanbewegingen en de wanordelijke dichtheden stelt ons begrip van de vorming en evolutie van planetenstelsels op de proef,” aldus Leleu.

De bevindingen uit de studie verschaffen ons nieuwe, belangrijke aanwijzingen over de manier waarop planeten, waaronder die in ons eigen zonnestelsel, ontstaan en evolueren. Geen van de zes ontdekte exoplaneten bevindt zich overigens binnen de zogenoemde ‘leefbare zone’ (de zone rond een ster waar vloeibaar water op een rondcirkelende planeet tot de mogelijkheden behoort). Maar wat niet is, kan nog komen. Door de resonantieketen namelijk door te trekken, hopen de onderzoekers op meer planeten te stuiten die zich wel in, of nabij deze zone bevinden. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT) zou dat moeten openbaren. Deze krachtige telescoop zal naar verwachting in de loop van dit decennium in bedrijf komen. Waarnemingen met de ELT zou het team in staat moeten stellen om rechtstreekse opnamen te maken van rotsachtige planeten in de leefbare zone van een ster. Bovendien kunnen astronomen zelfs de atmosferen van deze hypothetische planeten onderzoeken. En dat biedt de mogelijkheid om stelsels zoals TOI-178 nog gedetailleerder te leren kennen.