Planeten die zonder moederster door de ruimte zwerven, zijn mogelijk niet zo eenzaam als gedacht..

Ze kunnen namelijk weleens manen herbergen. En sommige van die manen kunnen we met onze huidige telescopen spotten, zo schrijven onderzoekers in dit paper.

Exomanen
In de afgelopen jaren zijn er buiten ons zonnestelsel duizenden (kandidaat-)planeten ontdekt. Afgaand op wat we in ons eigen zonnestelsel zien, zou je verwachten dat een groot deel van deze planeten ook een maan bezit. Maar het detecteren en bevestigen van het bestaan van deze zogenoemde ‘exomanen’ is bijzonder lastig gebleken.

IPMOs
Reden genoeg voor een internationaal team van onderzoekers om eens na te denken over andere manieren om exomanen te ontdekken. En dat brengt ze bij zogenoemde IPMOs: Isolated Planetary Mass Objects. Dit zijn planeten die – in tegenstelling tot de meeste exoplaneten die tot op heden ontdekt zijn – niet rond een ster cirkelen, maar eenzaam door de ruimte zwerven.

De detectie van een exomaan
“Het is eigenlijk makkelijker om exomanen rond solitaire exoplaneten te ontdekken dan het is om exomanen rond ‘normale’ exoplaneten te detecteren,” vertelt onderzoeker Mary Anne Limbach. “Weet je waarom? Jonge gasreuzen zijn kort nadat ze gevormd worden, nog warm. En die hitte maakt ze helder (op infrarode golflengtes, red.) En dankzij die warmte zijn we in staat om sommige jonge exoplaneten direct waar te nemen.” Een mooi voorbeeld daarvan is HR8799, te zien op de afbeelding hieronder. “Maar zoals je op die afbeelding ook ziet, is dat er sprake is van ruis (dat zijn de golfachtige kenmerken) en die ruis wordt veroorzaakt door het licht van de ster. Dat sterlicht maakt het heel lastig om exact te meten hoe helder de exoplaneten rond HR8799 zijn. Maar er zijn ons dus ook veel (ongeveer 60) solitaire planeten bekend die in veel opzichten lijken op de planeten in het HR8799-systeem, maar waar er geen sprake is van storend sterlicht. Hierdoor zijn we in staat om de helderheid van deze solitaire planeten heel nauwkeurig te meten. En omdat we dat kunnen doen, kunnen we ook heel kleine veranderingen in de helderheid van die planeten waarnemen.” En die veranderingen kunnen wijzen op de aanwezigheid van een exomaan. “Als een exomaan voor de planeet langs beweegt, zie je een kleine afname in de helderheid van de planeet. En zo kunnen we door de helderheid van solitaire planeten te monitoren, exomanen detecteren.”

HR8799, omringd door drie direct waargenomen planeten. Afbeelding:
NRC-HIA/C. Marois / W.M. Keck Observatory.

Kandidaat-exomaan
In hun studie gaan de onderzoekers nog een stap verder; ze presenteren niet alleen een methode om exomanen rond solitaire planeten te ontdekken, maar passen de methode ook direct toe. En dat leidt tot de detectie van een kandidaat-exomaan rond de planeet 2MASS J1119-1137 AB.

Spitzer
De onderzoekers bogen zich hiertoe over beelden die ruimtetelescoop Spitzer door de tijd heen heeft gemaakt en waarop ook 2MASS J1119-1137 AB prijkt. De beelden wijzen erop dat de helderheid van de planeet door de tijd heen is veranderd. En die afnames in helderheid zouden kunnen wijzen op de aanwezigheid van een exomaan met een straal die 1.7 keer groter is dan de straal van de aarde. Hoewel de onderzoekers niet met zekerheid kunnen zeggen dat de veranderingen in de helderheid van 2MASS J1119-1137 AB naar een exomaan te herleiden zijn, is de detectie van die veranderingen toch veelzeggend. “De kenmerken van de data en het kandidaat-signaal suggereren dat het mogelijk is om met bestaande instrumenten exomanen ter grootte van de aarde rond IPMOs te ontdekken.”

Heldere planeten, grote manen
Niet elke solitaire planeet zal zijn geheimen overigens even gemakkelijk prijsgeven. “Voor de observatie van exomanen zijn met name heldere solitaire planeten heel geschikt,” vertelt Limbach. “Dat betekent dat ze dichtbij en jong (want dan zijn ze nog warm van hun vorming) moeten zijn.” En dan hangt het vervolgens ook nog van de manen af of we ze daadwerkelijk kunnen spotten. “Manen met een grotere straal houden meer licht van de planeet tegen, waardoor je de afname in helderheid gemakkelijker kunt detecteren.” Grote manen zijn dus gemakkelijker te spotten dan kleintjes. “Daarnaast is het ook zo dat de kans dat een maan (vanaf de aarde gezien, red.) voor de planeet langs beweegt, groter is als die maan wat dichter bij de planeet staat.”

Belangrijke zoektocht
Als waarnemers moeten we dus een beetje geluk hebben, maar wat Limbach en collega’s voorzichtig suggereren, is dat het zeker mogelijk moet zijn om exomanen rond solitaire planeten te spotten. En er zijn genoeg redenen om na dit voorzichtig positieve nieuws de jacht op deze exomanen te openen. “We weten op het moment heel weinig van de populatie exomanen,” vertelt Limbach. Door meer exomanen op te sporen, kunnen we deze populatie in beeld gaan brengen én en passant ook de manen in ons eigen zonnestelsel beter gaan begrijpen. “Het detecteren van exomanen stelt ons ook in staat om vast te stellen of de manen die rond de gasreuzen in ons zonnestelsel draaien ‘normaal’ zijn.” Bovendien kunnen de exomanen ons mogelijk ook nog iets vertellen over onze eigen planeet. “De meeste solitaire planeten zijn jong en de omstandigheden op hun manen zijn mogelijk vergelijkbaar met die op de jonge aarde. Als we in staat zijn om deze jonge manen te karakteriseren, kunnen we tevens een beter beeld krijgen van hoe onze planeet er vroeger uitzag.”

Buitenaards leven
Daarnaast kan de zoektocht naar exomanen ook implicaties hebben voor onze zoektocht naar buitenaards leven. In ons eigen zonnestelsel zijn het immers manen zoals Europa (Jupiter) en Enceladus (Saturnus) waarop de omstandigheden voor het ontstaan van leven gunstig lijken. En wellicht heeft buitenaards leven ook op exomanen de grootste kans van slagen. “Manen van solitaire planeten of exoplaneten kunnen leven herbergen als ze zich in de leefbare zone bevinden. Inschatten hoeveel leefbare exomanen er zijn, helpt ons om een completer beeld te krijgen van het aantal leefbare werelden.”

Leven rond solitaire planeten?
Eén van de belangrijkste ingrediënten voor leven – zoals wij dat kennen – is vloeibaar water. En dat kan alleen standhouden op een hemellichaam als het niet te warm is (want dan verdampt het water), maar ook niet te koud (want dan bevriest het water). Het betekent dat je op manen rond solitaire planeten dus ook een bron van warmte moet hebben om water vloeibaar te houden en leven mogelijk te maken. Jonge planeten die nog warm zijn van hun vorming kunnen zo’n bron van warmte zijn, zo vertelt Limbach. “Door de tijd heen koelen de planeten echter af en dan zijn de manen waarschijnlijk niet meer zo leefbaar. Hoewel getijdenkrachten – net zoals je die op de maan Io ziet – de manen ook warm kunnen houden.”

Totstandkoming solitaire planeten
Tenslotte kunnen de exomanen rond solitaire planeten mogelijk ook onthullen waarom deze planeten geen deel uitmaken van een ‘traditioneel’ planetair stelsel. “We weten niet zeker of solitaire planeten rond sterren ontstaan en vervolgens de ruimte in worden geslingerd of dat ze net zo ontstaan als sterren, namelijk door het ineenstorten van een gas- en stofwolk, waarbij die wolk dan slechts voldoende massa heeft om een planeet in plaats van een ster voort te brengen. Als de solitaire planeten gevormd zijn rond een ster en zijn weggeslingerd, dan verwachten we dat enkel de manen die dicht bij de planeten stonden, dit gewelddadige proces hebben overleefd. En zo kan de ontdekking van manen rond solitaire planeten ons dus ook meer inzicht geven in hoe solitaire planeten ontstaan.”

Of onderzoekers met het kandidaat-signaal dat rond 2MASS J1119-1137 AB is opgepikt zo’n eerste veelzeggende exomaan op het spoor zijn, is nog even afwachten. Voor de bevestiging van het bestaan van de exomaan hebben we namelijk de veel krachtigere James Webb Space Telescope nodig. Die telescoop wordt later dit jaar gelanceerd. In afwachting van die lancering kunnen we met bestaande telescopen alvast wel op zoek naar andere manen die zich qua grootte met de aarde kunnen meten en rond solitaire planeten cirkelen. Voor de ontdekking van kleinere manen – vergelijkbaar met Io (Jupiter) of Titan (Saturnus) – zijn we echter weer afhankelijk van de James Webb Space Telescope. Wordt ongetwijfeld vervolgd.