Deze exoplaneet zou – afgaand op wat we dachten te weten over planeetvorming – niet moeten bestaan.

Op zo’n 30 lichtjaar afstand van de aarde hebben onderzoekers een gasreus ontdekt: GJ 3512b. “GJ 3512b heeft een minimale massa die grofweg vergelijkbaar is met de helft van de massa van Jupiter,” vertelt onderzoeker Francisco Alonso-Floriano aan Scientias.nl. “De afstand tussen de ster en de planeet is ongeveer een derde van de afstand tussen de zon en de aarde en de planeet doet er 204 dagen over om een rondje rond de ster te voltooien. De omloopbaan van de planeet is daarnaast excentrisch, wat wil zeggen dat deze niet cirkelvormig is, zoals die van de aarde, maar sterk ovaalvormig.”

De dwerg en de reus
Tot zover klinkt het weinig opvallend; het komt regelmatig voor dat onderzoekers zulke gasreuzen ontdekken. En toch is GJ 3512b bijzonder. Dat blijkt echter pas als we inzoomen op de moederster GJ 3512. Dit is een rode dwergster die – afgaand op de modellen die onderzoekers gebruiken om de vorming van planeten te beschrijven – helemaal niet in staat is om een gasreus zoals GJ 3512b te vormen.


Onverklaarbaar met het huidige model
“Planeten worden geboren in de gas- en stofschijf die zich rond een ster bevindt wanneer deze jong is, de zogenoemde protoplanetaire schijf,” legt Alonso-Floriano aan Scientias.nl uit. “De hoeveelheid materiaal die in deze schijf voorhanden is, bepaalt hoeveel planeten er ontstaan en hoe groot ze zijn. Tot op heden werd aangenomen dat het ‘kernaccretie-model’ afdoende was om het ontstaan van Jupiter en Saturnus in ons zonnestelsel en veel andere gasreuzen rond andere sterren te kunnen verklaren. Dit model neemt aan dat planeten in twee fasen ontstaan. Eerst worden de rotsachtige kernen – een paar aardmassa’s zwaar – gevormd en dan beginnen ze gas aan te trekken, net zolang tot ze hun uiteindelijke massa hebben bereikt.” Dit model kan de gasreus rond GJ 3512 echter niet goed verklaren. “Rode dwergsterren zijn sterren met een lage massa en hun schijven hebben verhoudingsgewijs ook een lagere massa. In het geval van de ster GJ 3512 is de massa vergelijkbaar met ongeveer een tiende van de massa van de zon. Dat maakt het – afgaand op ons begrip van hoe de meeste sterren ontstaan – extreem lastig voor een gasreus om rond deze ster te ontstaan, omdat er niet veel materiaal in de schijf voorhanden is.”

Hoe groot deze gasreus in verhouding tot de moederster is, wordt heel goed duidelijk als we het systeem waar GJ 3512b deel van uitmaakt naast ons zonnestelsel leggen, waarin ook gasreuzen te vinden zijn. In ons zonnestelsel is de zon zo’n 1050 keer zwaarder dan Jupiter. GJ 3512 heeft een massa die vergelijkbaar is met 12 procent van de massa van de zon en is slechts 270 keer zwaarder dan de gasreus GJ 3512b. Afbeelding: Guillem Anglada-Escude – IEEC / Science Wave, met behulp van SpaceEngine.org (Creative Commons Attribution 4.0 International; CC BY 4.0).

Alternatieve theorie
De ontdekking van GJ 3512b kan er dan ook wel eens op wijzen dat het tijd is om de huidige modellen te herzien. “De modellen kunnen de totstandkoming van de meeste exoplaneten en planeten in ons eigen zonnestelsel prima verklaren, maar stuiten op een problemen als we ze gebruiken om de aanwezigheid van GJ 3512b te verklaren.” Gelukkig hebben Alonso-Floriano al wel andere ideeën over hoe deze gasreus rond de rode dwergster het levenslicht heeft kunnen zien. “De beste verklaring is – met de informatie die we nu hebben – dat de planeet ontstaan is uit een onstabiele schijf rond de jonge ster die in klonters uiteen is gevallen. Die klonters zijn vervolgens ineengestort en hebben planeten gevormd.”

Twee planeten?
Er zijn aanwijzingen dat de reus GJ 3512b niet de enige planeet is die uit de protoplanetaire schijf van GJ 3512 is verrezen. In de data duikt een tweede signaal op dat voorzichtig suggereert dat er – iets verder van de moederster verwijderd – nog een tweede planeet te vinden is.

Grote vraag is nu of onderzoekers met GJ 3512b op een zeldzaam verschijnsel zijn gestuit of dat de vondst bewijst dat rode dwergsterren – in tegenstelling tot wat we dachten – prima in staat zijn tot het baren van gasreuzen. “Die vraag kunnen we nog niet beantwoorden,” moet Alonso-Floriano bekennen. “Afgaand op wat we weten over planeetvorming rond deze kleine sterren, zou dit type planeet zeldzaam moeten zijn.” Maar wat nu als wat we dachten te weten over planeetvorming niet helemaal klopt? “De ontdekking van GJ 3512b kan erop wijzen dat bepaalde planeten op heel andere manieren ontstaan dan de meeste andere planeten die tot op heden zijn ontdekt. Maar het is nog te vroeg om dat te kunnen concluderen.” Voor nu kan Alonso-Floriano dan ook niet uitsluiten dat GJ 3512b niet zo bijzonder is en er in de toekomst nog veel meer gasreuzen rond rode dwergsterren worden ontdekt. “We hebben nog geen planeten zoals GJ 3512b ontdekt, simpelweg omdat we niet in staat waren om ernaar te zoeken. Het is met name lastig om planeten die op grote afstand van hun ster staan te detecteren, omdat je de sterren jarenlang continu met speciale instrumenten moet bestuderen om de planeten te kunnen detecteren. In het geval van GJ 3512b vereiste het meer dan twee jaar observeren met een geavanceerd instrument dat CARMENES wordt genoemd.” Er zijn dan ook veel meer waarnemingen nodig om vast te kunnen stellen hoe uniek GJ 3512b werkelijk is. “Als we meer data verzamelen, zijn we in staat om uit te zoeken hoe vaak je mag verwachten dat rode dwergsterren planeten zoals GJ 3512b herbergen.”