Wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd om beelden te maken van meerdere planeten die rond een andere zonachtige ster draaien. Ondanks de gelijkenis met de onze, laten de opnamen van dit planetenstelsel zien dat het geen thuis is.
De ster, die TYC 8998-760-1 heet en zich op ongeveer 300 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Musca bevindt, is qua massa vergelijkbaar met de zon. Zijn twee bekende planeten echter, zijn duidelijk buitenaards-orbiting hun ster op ongeveer 160 en 320 keer de aarde-zon afstand, respectievelijk (spanwijdtes die ongeveer vier en acht keer groter zijn dan Pluto’s afstand van onze zon). Beide werelden zijn supergroot, vergeleken met alles in ons zonnestelsel. De buitenste planeet is zo’n zes keer zwaarder dan Jupiter, en de binnenste heeft een massa die veertien keer zo groot is als die van Jupiter. Elk van de werelden verschijnt als een klein stipje rond de ster op beelden die zijn gemaakt door het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research instrument, of SPHERE, dat werkt op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory in het noorden van Chili. De bevindingen zijn gedetailleerd in een studie gepubliceerd op 22 juli in het Astrophysical Journal Letters.
“Het echt fascinerende van dit werk is dat het blijft toevoegen aan de enorme diversiteit van wat systemen en planeten zijn die er zijn, draaiend om allerlei soorten sterren,” zegt Rebecca Oppenheimer, een astrofysicus aan het American Museum of Natural History in New York City, die niet betrokken was bij de studie. “Er is niet één enkele ‘architectuur’ voor een planetenstelsel.”
De nieuwe studie is pas de derde keer dat wetenschappers erin zijn geslaagd om foto’s te maken van – of “directe beelden” te maken van – meerdere werelden die rond één ster draaien. Maar die eerder waargenomen systemen waren rond sterren die ofwel veel zwaarder ofwel veel lichter waren dan de zon, waardoor ze minder vergelijkbaar waren met ons zonnestelsel. Directe beeldvorming blijft een zeldzaamheid in de studie van werelden buiten onze planetaire omgeving. De overgrote meerderheid van de exoplaneten in de catalogi van astronomen is alleen bekend via meer indirecte middelen: ze verraden hun aanwezigheid en de meest basiseigenschappen – massa, grootte en baan – door regelmatig aan hun gastheerster te trekken of er een silhouet van te maken, gezien vanaf de aarde. Directe beeldvorming van exoplaneten is belangrijk, zegt Alexander Bohn, een astrofysicus aan de Universiteit Leiden, omdat “door licht van planeten te ontvangen, we de atmosferen – en de elementaire dichtheden van de atmosferen – en de samenstelling beter kunnen karakteriseren”. Die informatie stelt onderzoekers weer in staat om beter gefundeerde gissingen te doen over wat de milieuomstandigheden van een buitenaardse wereld zouden kunnen zijn, en of er, net als op aarde, leven in zou kunnen voorkomen.
Niemand denkt echter aan leven op een van de twee nieuwe afgebeelde werelden. Behalve dat het opgeblazen gasreuzen zijn in een ijskoude baan zonder noemenswaardige oppervlakken waarop organismen zouden kunnen leven, zijn zij en hun ster veel jonger dan onze zon en de planeten er omheen. “Het stelsel zelf is 17 miljoen jaar oud,” zegt Bohn. “En ons zonnestelsel is 4,5 miljard jaar oud.” Zelfs als ze bewoonbare omstandigheden zouden hebben, zou de relatief pasgeboren status van elke wereld niet veel tijd bieden voor biologie om te ontstaan uit de grillen van de chemie. En hoewel de grootte en jeugdigheid van de planeten ze tot slechte kandidaten maakt voor leven zoals wij dat kennen, zijn deze eigenschappen precies de reden waarom astronomen ze op dit moment überhaupt kunnen zien, vanwege de krachtige infrarode gloed die ze uitstralen als overgebleven energie van hun vorming. Kleinere, oudere, schonere werelden die dichter bij hun sterren staan blijven buiten het bereik van de huidige planeten-imagers. Maar ze kunnen uiteindelijk worden onthuld door krachtigere instrumenten op reusachtige telescopen. Drie extreem grote telescopen (ELT’s) – observatoria op de grond met spiegels van zo’n 30 meter doorsnee – naderen nu hun laatste ontwikkelingsstadia. En astronomen lobbyen er krachtig voor dat de NASA of andere ruimtevaartorganisaties de komende decennia nog ambitieuzere ruimtetelescopen lanceren die afbeeldingen van planeten kunnen maken.
Desondanks “zijn we nog ongelooflijk ver verwijderd van het maken van foto’s van planeten ter grootte van de aarde,” zegt Bruce Macintosh, een astrofysicus aan de Stanford University en hoofdonderzoeker van de Gemini Planet Imager – een ander instrument dat, samen met SPHERE, de stand van de techniek vertegenwoordigt op het gebied van het maken van exoplanetaire foto’s. “Met de huidige technologie kunnen we een planeet zien die ongeveer een miljoen keer zwakker is dan de ster. Dat is verbazingwekkend. Maar zelfs Jupiter – de grootste wereld in ons zonnestelsel – is een miljard keer zwakker dan de zon.”
Of een doelplaneet naast een heldere ster nu een reusachtige gasachtige bol is of een meer op de aarde lijkende rots, zegt Bohn, het observeren ervan is als het bekijken van “een vuurvliegje vlak naast een vuurtoren, die misschien een meter verderop staat. Je wilt dit kleine vuurvliegje zien, en je bent 500 kilometer ver weg. Dat is eigenlijk de uitdaging waar we mee te maken hebben.” Om het extreem zwakke licht van een wereld te verzamelen, vergeleken met zijn ster, gebruiken SPHERE en de meeste andere instrumenten om planeten te fotograferen een apparaat dat een coronagraaf wordt genoemd, die bijna al het licht van de ster blokkeert, waardoor de schittering van de “vuurtoren” wordt gedimd, zodat nabije planetaire “vuurvliegjes” kunnen worden gezien.
Naast meer genuanceerde details van een bepaalde wereld, kunnen dergelijke beelden andere wonderen onthullen en belangrijke nieuwe mysteries oproepen, die de kern raken van het nog steeds ontluikende begrip van theoretici van hoe planetenstelsels precies ontstaan en evolueren. In het nieuwe systeem “hebben beide planeten zich rond dezelfde ster gevormd en zijn ze even oud, maar is de ene twee keer zo zwaar als de andere,” zegt Macintosh, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Door hun eigenschappen te vergelijken kunnen we zien hoe de massa’s van planeten hun evolutie beïnvloeden.” Hij voegt eraan toe dat latere beelden van het systeem meer kunnen onthullen over de banen van de planeten en zelfs over de aanwezigheid van tot nu toe ongeziene werelden. “Zijn ze op dezelfde manier uitgelijnd als de banen van planeten in ons zonnestelsel? Zijn ze cirkelvormig?” vraagt Macintosh. Als we de antwoorden op zulke vragen weten, kan blijken of deze planeten op dezelfde manier zijn ontstaan als de werelden rond onze zon of via een ander proces – en daarmee een aanwijzing geven of planeten en stelsels zoals het onze veel voorkomen of zeldzaam zijn.