Wetenschappers komen met een opmerkelijke verklaring voor een jarenlang mysterie: het opvallende tekort aan middelgrote hemellichamen.

Ondertussen hebben astronomen al duizenden werelden ontdekt die rondom andere zonnen draaien. Wat echter opvalt, is dat onderzoekers bar weinig middelgrote exoplaneten zijn tegengekomen: planeten met een straal tussen de 1,5 en 2 keer groter dan die van de aarde. Dat is een kloof precies tussen rotsachtige superaardes en grotere, met gas omhulde planeten die mini-Neptunussen worden genoemd in. In een nieuwe studie besloot een team op zoek te gaan naar een verklaring voor deze merkwaardige kloof. Want waar zijn al deze middelgrote planeten gebleven?

Kepler
De onderzoekers gebruikte gegevens verzameld door het ondertussen gepensioneerde ruimtevaartuig Kepler. Kepler ontdekte nieuwe planeten door langdurig naar sterren te turen, in de hoop dat de helderheid van die sterren regelmatig enigszins afneemt. Zo’n afname kan namelijk veroorzaakt worden doordat een planeet voor de ster langs beweegt en tijdelijk een deel van het sterlicht tegenhoudt. Zodra Kepler op deze manier de aanwezigheid van een planeet had vastgesteld, wilden astronomen natuurlijk graag weten hoe groot de planeet is. Dat leidden ze dan weer af uit de afname van de helderheid van de ster. Want als je een idee hebt van hoe helder en groot een ster is, kun je uit de afname van de helderheid ook weer afleiden hoe groot die planeet ongeveer moet zijn om zoveel sterlicht tegen te kunnen houden. Deze analyses leidden uiteindelijk tot de ontdekking van de opmerkelijke schaarste aan middelgrote planeten.

Sorteren
In de nieuwe studie verdeelden de onderzoekers de bestudeerde exoplaneten uit de Kepler-data in twee groepen: jonger of ouder dan 2 miljard jaar. Aangezien een ster en zijn planeten gelijktijdig worden gevormd, bepaalden de onderzoekers de leeftijd van elke planeet op basis van de leeftijd van de ster. Vervolgens beoordeelden de onderzoekers de kloof opnieuw; verandert deze namelijk naarmate planeten ouder worden?

Verschuiving
De onderzoekers komen tot een opmerkelijke ontdekking. Want er blijkt inderdaad een verschuiving te zijn opgetreden. In de jongste groep planeten zijn voornamelijk de grootste superaardes schaars, terwijl in de oudste groep ineens de kleinste mini-Neptunussen in de minderheid zijn. Deze resultaten suggereren dat kleinere mini-Neptunussen misschien hun gas op de een of andere manier niet kunnen vasthouden. En dat zou de opvallende kloof kunnen verklaren.

Afbeelding: Simon Foundation

Gekrompen
Volgens de onderzoekers is het goed mogelijk dat sommige mini-Neptunussen in de loop van miljarden jaren drastisch krimpen. Dat komt omdat hun atmosfeer langzaam weglekt, waardoor er alleen een vaste kern achterblijft. Doordat deze mini-Neptunussen gas verliezen, veranderen ze plotseling in superaardes. Naarmate de tijd verstrijkt, verschuift de kloof naarmate grotere en grotere mini-Neptunussen de sprong maken en transformeren in steeds grotere superaardes. De waargenomen kloof is met andere woorden de kloof tussen de grootste superaarde en de kleinste mini-Neptunus die nog steeds zijn atmosfeer weet te behouden.

De bevindingen veranderen de manier waarop we naar planeten kijken. “Het punt is dat planeten niet statische sferen van rots en gas zijn,” zegt onderzoeker Trevor David. “Soms waren bepaalde planeten aan het begin van hun leven tien keer zo groot.” De volgende stap is om de exacte processen die aan de krimp ten grondslag liggen beter te bestuderen. Het zou bijvoorbeeld goed kunnen dat restwarmte uit het binnenste van een planeet een vinger in de pap heeft. Hierdoor wordt er energie aan de atmosfeer van een planeet toegevoegd, waardoor gas de ruimte in ontsnapt. Om deze processen echt goed te doorgronden, zouden we volgens de onderzoekers ook naar de interacties tussen prille atmosferen en planetaire magnetische velden of magma-oceanen moeten kijken. Kortom, er valt nog veel over deze exotische werelden te ontdekken.