Ze lijken – net als de aarde – vergezeld te worden door een bodyguard in de vorm van een Jupiter-achtige planeet.

Het is misschien geen toeval dat ons zonnestelsel een planeet zoals Jupiter én de aarde bevat. En ook in andere planetenstelsels komt deze combinatie waarschijnlijk vaak voor. Dat valt te lezen in het blad Astronomy & Astrophysics. De onderzoekers ontdekten dat als een planetair systeem een aardachtige planeet herbergt, er ook vaak een Jupiter-achtige planeet te vinden is. En die laatstgenoemde neemt dan bovendien een wel heel speciale taak op zich: als bodyguard.

Bodyguard
Wetenschappers vermoeden dat Jupiter een belangrijke rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van het leven op aarde. Door de enorme zwaartekracht van de gasreus werden potentieel gevaarlijke planetoïden en kometen die op ramkoers met de aarde lagen, afgebogen. Hierdoor werden catastrofale inslagen voorkomen. Het betekent dat Jupiter dus eigenlijk een soort bodyguard van de aarde is. En dat roept een interessante vraag op. Want berusten dergelijke combinaties van aardachtige planeten en Jupiter-achtige planeten eigenlijk wel op toeval?


Simulaties
In de studie simuleerden de onderzoekers duizend planetenstelsels die in een protoplanetaire schijf rond zonachtige sterren evolueren. Uitgaand van willekeurige beginvoorwaarden van nieuwe planeten – bijvoorbeeld de hoeveelheid massa, gas, vaste materie, grootte van de schijf, etc. – volgden de onderzoekers de levenscyclus van deze systemen gedurende enkele miljarden jaren. “Tijdens de simulaties verzamelden de jonge planeten materiaal, groeiden uit tot volwassen planeten, veranderden hun banen, botsten, of werden uit het systeem geworpen,” beschrijft onderzoeker Christoph Mordasini. De gesimuleerde planetenstelsels herbergden uiteindelijk allerlei soorten planeten met verschillende afmetingen, massa’s en samenstellingen die ook nog eens in andere banen rond hun moederster cirkelden.

Zelden alleen
De onderzoekers komen tot een opvallende ontdekking. Want verrassend genoeg blijken de nagebootste planetenstelsels vaak zowel een Jupiter-achtige planeet als een aardachtige planeet te herbergen. Het betekent dat ook aardachtige planeten in andere stelsels zelden alleen zijn. Ze worden vergezeld door een bodyguard in de vorm van een Jupiter-achtige planeet die zich in een wijde baan bevindt. Dergelijke planeten helpen om potentieel gevaarlijke objecten uit de binnenste regionen weg te houden. “We noemen zulke gasreuzen koude Jupiters,” vertelt onderzoeker Martin Schlecker. “Ze groeien op een aanzienlijke afstand van de moederster waar water bestaat in de vorm van ijs.”

Materiaal
De onderzoekers stellen tevens een scenario voor die de vorming van de nogal verschillende soorten planetaire systemen zou kunnen verklaren. Uit de simulaties blijkt namelijk dat de uiteindelijke samenstelling van planeten wordt bepaald door de massa van de protoplanetaire schijf, dus de hoeveel materiaal die beschikbaar is voor de aanwas van planeten. In schijven met een gemiddelde massa is er bijvoorbeeld niet genoeg materiaal voor de vorming van massieve planeten zoals Jupiter. In plaats daarvan kunnen er wel ijsrijke superaardes ontstaan die langzaam maar zeker naar binnen migreren. Wanneer er wel genoeg materiaal in een protoplanetaire schijf aanwezig is, kunnen er zowel aardachtige planeten op geringe afstand van de moederster, als koude reuzenplaneten op ruime afstand ontstaan.


Schematische weergave van de scenario’s over hoe – volgens de geanalyseerde simulaties – ijzige super-aardes (a) of rotsachtige (ijsarme) super-aardes samen met een koude Jupiter (b) ontstaan. De massa van de protoplanetaire schijf bepaalt het resultaat. Afbeelding: Schlecker et al./MPIA

De bevindingen uit de studie duiden er dus op dat de rangschikking van rotsachtige, gasvormige en ijsrijke planeten in planetenstelsels alles behalve willekeurig is. Het zou daarentegen door enkele beginvoorwaarden worden bepaald. We zullen echter nog even geduld moeten hebben om de simulaties in het echte heelal te verifiëren. Daarvoor zijn er namelijk krachtige telescopen nodig, zoals de Extremely Large Telescope (ELT) en de James Webb-telescoop. Beide zullen naar verwachting nog dit decennium operationeel worden. “Met deze instrumenten kunnen we nagaan of ons model standhoudt, of dat we terug moeten naar de tekentafel,” besluit Schlecker.