De locaties van 115 kandidaat vrij zwevende planeten in het gebied tussen Opper Scorpius en Ophiuchus Europese Zuidelijke Sterrenwacht, CC BY-SA
We kennen nu bijna 5.000 planeten buiten het zonnestelsel. Als je je zou voorstellen hoe het zou zijn op een van deze verre werelden, of exoplaneten, zou je mentale beeld waarschijnlijk een moederster bevatten – of meer dan een, vooral als je een Star Wars-fan bent.
Maar wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat meer planeten dan we dachten helemaal alleen door de ruimte zweven – onverlicht door een vriendelijke stellaire metgezel. Dit zijn ijzige “vrij zwevende planeten”, of FFP’s. Maar hoe zijn ze helemaal op zichzelf terechtgekomen en wat kunnen ze ons vertellen over hoe zulke planeten ontstaan?
Het vinden van steeds meer exoplaneten om te bestuderen heeft, zoals we hadden kunnen verwachten, ons begrip van wat een planeet is verruimd. Met name de grens tussen planeten en “bruine dwergen” – koele sterren die niet zoals andere sterren waterstof kunnen smelten – is steeds vager geworden. Over de vraag of een object een planeet of een bruine dwerg is, wordt al lang gediscussieerd – is het een kwestie van massa? Zijn objecten geen planeten meer als ze kernfusie ondergaan? Of is de manier waarop het object is gevormd het belangrijkst?
Terwijl ongeveer de helft van de sterren en bruine dwergen geïsoleerd bestaan, en de rest in meervoudige stersystemen, denken wij gewoonlijk aan planeten als ondergeschikte objecten in een baan rond een ster. Meer recentelijk echter hebben verbeteringen in de telescooptechnologie ons in staat gesteld om kleinere en koelere geïsoleerde objecten in de ruimte te zien, waaronder FFP – objecten die een te lage massa of temperatuur hebben om als bruine dwergen te worden beschouwd.
De verschillende eigenschappen van vrij zwevende planeten, bruine dwergen en sterren met een lage massa. 13 Jupitermassa’s wordt vaak gebruikt om planeten van bruine dwergen te onderscheiden. Let wel, grootte en massa zijn verschillende grootheden – bruine dwergen zijn ongeveer even groot als Jupiter, maar zwaarder.
Eigen werk van de auteur
Wat we nog steeds niet weten is hoe deze objecten precies zijn ontstaan. Sterren en bruine dwergen ontstaan wanneer een gebied van stof en gas in de ruimte op zichzelf begint in te zakken. Dit gebied wordt dichter, zodat er steeds meer materiaal op valt (als gevolg van de zwaartekracht) in een proces dat gravitationele ineenstorting wordt genoemd.
Uiteindelijk wordt deze gasbol dicht en heet genoeg om kernfusie te starten – verbranding van waterstof in het geval van sterren, verbranding van deuterium (een type waterstof met een extra deeltje, een neutron, in de kern) in het geval van bruine dwergen. FFP’s kunnen op dezelfde manier ontstaan, maar worden gewoon nooit groot genoeg om fusie te laten beginnen. Het is ook mogelijk dat zo’n planeet begint met leven in een baan rond een ster, maar op een gegeven moment in de interstellaire ruimte terechtkomt.
Hoe ontdek je een zwervende planeet
Zwervende planeten zijn moeilijk te ontdekken omdat ze relatief klein en koud zijn. Hun enige bron van interne warmte is de overgebleven energie van de ineenstorting die hun vorming veroorzaakte. Hoe kleiner de planeet, hoe sneller die warmte wordt weggestraald.
Koude objecten in de ruimte zenden minder licht uit, en het licht dat ze wel uitzenden is roder. Een ster zoals de zon heeft zijn piekuitstraling in het zichtbare bereik; de piek voor een FFP ligt in plaats daarvan in het infrarood. Omdat het moeilijk is ze rechtstreeks te zien, zijn veel van zulke planeten gevonden met behulp van de indirecte methode van “gravitationele microlensing”, wanneer een verre ster zich in precies de juiste positie bevindt om zijn licht gravitationeel te laten vervormen door de FFP.
Lees meer:
Rogue planets: jacht op de meest mysterieuze werelden van het heelal
Het detecteren van planeten via één enkele, unieke gebeurtenis heeft echter het nadeel dat we die planeet nooit meer kunnen waarnemen. We zien de planeet ook niet in context met zijn omgeving, dus missen we wat vitale informatie.
Om FFP’s direct waar te nemen, is de beste strategie om ze te vangen als ze jong zijn. Dat betekent dat er nog een redelijke hoeveelheid warmte over is van hun vorming, zodat ze op hun helderst zijn. In de recente studie hebben onderzoekers precies dat gedaan.
Beeld van een wolk in de Bovenste Schorpioen.
NASA
Het team combineerde beelden van een groot aantal telescopen om de zwakste objecten te vinden binnen een groep jonge sterren, in een gebied dat Opper Scorpius wordt genoemd.
Zij gebruikten gegevens van grote, algemene surveys in combinatie met recentere eigen waarnemingen om gedetailleerde zichtbare en infrarode kaarten te genereren van het hemelgebied over een periode van 20 jaar. Vervolgens zochten zij naar zwakke objecten die op een zodanige manier bewogen dat zij erop wezen dat zij deel uitmaakten van de groep sterren (in plaats van achtergrondsterren die veel verder weg stonden).
De groep vond tussen 70 en 170 FFP’s in de bovenste Scorpius-regio, waarmee hun steekproef de grootste is die tot nu toe rechtstreeks is geïdentificeerd – hoewel het aantal met aanzienlijke onzekerheid is omgeven.
Verworpen planeten
Op basis van ons huidige begrip van gravitationele ineenstorting lijken er te veel FFP’s in deze groep sterren te zijn om ze allemaal op die manier te hebben gevormd. De auteurs van de studie concluderen dat ten minste 10% van hen het leven moet zijn begonnen als onderdeel van een stersysteem, gevormd in een schijf van stof en stof rond een jonge ster in plaats van door gravitationele instorting. Op een bepaald moment zou een planeet echter kunnen zijn uitgestoten door interacties met andere planeten. De auteurs suggereren zelfs dat deze “afgestoten” planeten net zo gewoon kunnen zijn als planeten die vanaf het begin alleen waren.
Als je in paniek raakt over de Aarde die plotseling de ruimte in draait, hoef je je waarschijnlijk geen zorgen te maken – deze gebeurtenissen zijn veel waarschijnlijker in het begin van de vorming van een planetenstelsel wanneer er veel planeten zijn die om hun positie vechten. Maar het is niet onmogelijk – als iets van buitenaf een gevestigd planetenstelsel zou verstoren, zoals een andere ster, dan kan een planeet alsnog loskomen van zijn zonnige thuis.
Hoewel we nog een lange weg te gaan hebben om deze rondzwervende planeten volledig te begrijpen, zijn studies als deze waardevol. De planeten kunnen opnieuw worden bekeken voor verder, gedetailleerder onderzoek als er nieuwe telescoop-technologie beschikbaar komt, die misschien meer kan onthullen over de oorsprong van deze vreemde werelden.
Joanna Barstow ontvangt financiering van de Science and Technology Facilities Council. Zij is ook raadslid en trustee voor de Royal Astronomical Society.
