Hoewel astronomen al duizenden exoplaneten hebben ontdekt, staat het aantal gevonden exomanen en exoringen nog steeds op nul. Maar daar kan binnenkort verandering in komen.
Beeld: Artistieke impressie van een mogelijke vulkanische exomaan tussen de exoplaneet WASP-49Ab (links) en haar moederster (rechts). Credit: NASA/JPL-Caltech
Wanneer we naar de grote planeten van ons zonnestelsel kijken, valt het meteen op dat ze allemaal manen hebben, en vaak heel veel. De aarde heeft er maar één, terwijl Jupiter er naar schatting wel honderden heeft, afhankelijk van wat precies als maan beschouwd wordt. Saturnus heeft er zelfs 274!
Veel van die manen zijn enorm. Titan en Ganymedes, de manen van respectievelijk Saturnus en Jupiter, hebben bijvoorbeeld de grootte van planeet Mercurius. Als ze niet rond hun moederplaneten zouden draaiden, maar rechtstreeks rond de zon, zouden we sterk geneigd zijn om ze planeten te noemen. Daarnaast zijn de vier gasreuzen in ons zonnestelsel - Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus - niet enkel omringd door manen, maar ook door ringen. Saturnus heeft natuurlijk de bekendste en meest opvallende ringen. De andere drie hebben er ook, al zijn die veel moeilijker te zien.
In ons zonnestelsel lijkt het erop dat grootste planeten vrij makkelijk manen en ringen vormen en waarschijnlijk geldt dat ook voor de talloze exoplaneten die astronomen rond andere sterren hebben ontdekt. In veel van die verre sterrenstelsels zouden we dus in principe exomanen en exoringen moeten kunnen vinden.
Zijn exomanen en exoringen op te sporen?
Zoals zo vaak in de astronomie luidt het antwoord: misschien. Astronomen hebben al verschillende mogelijke exomanen gevonden, maar we kunnen ze niet rechtstreeks zien. Daarvoor is het licht dat ze weerkaatsen te zwak en staan ze te dicht bij hun moederplaneet. Toch zijn er wel aanwijzingen voor hun aanwezigheid.
Een van de bekendste exomaan-kandidaten is Kepler-1625b I, die in 2017 voor het eerst werd geïdentificeerd. Een jaar eerder ontdekten astronomen de bijbehorende exoplaneet met behulp van de transitmethode. Daarbij zien we de baan van de exoplaneet vanaf de zijkant, waardoor ze tijdens haar omloop één keer in het vizier komt wanneer ze voor haar ster langs beweegt. Op die manier veroorzaakt de passage van de planeet een kleine eclips. Als astronomen de helderheid van een ster in de tijd uitzetten op een grafiek, verschijnt er meestal een U- of V-vormig ‘dalletje’ in de helderheid. Zo’n grafiek wordt ook wel een lichtkromme genoemd.
Bij de exoplaneet Kepler-1625b vertoonde die lichtkromme enkele bultjes die moeilijk te verklaren waren. Astronomen vermoeden dat die veroorzaakt worden door een exomaan. Wanneer de planeet voor haar ster passeert, de overgang genoemd, zou de maan de planeet soms volgen en haar soms voorgaan, wat leidt tot kleine veranderingen in het verloop van de lichtkromme.
Als de exomaan daadwerkelijk aanwezig is, moet ze wel erg groot zijn om een zichtbaar effect te veroorzaken. De grootte van de bult in de lichtkromme komt namelijk overeen met de grootte van Neptunus. De exoplaneet zelf is een zogenaamde ‘super-Jupiter’, een reusachtige planeet met mogelijk twaalf keer de massa van Jupiter. Momenteel verschijnen er papers met argumenten voor en tegen het bestaan van de maan. Voorlopig blijft ze gewoon een onbevestigde kandidaat-exomaan.
Timing
Een andere bekende manier om exomanen op te sporen bestaat uit het kijken naar afwijkingen in de timing van de overgang. Doordat een exomaan rond haar planeet cirkelt, trekt haar zwaartekracht tegelijk aan die planeet. Daardoor bewegen planeet en maan samen rond een gemeenschappelijk zwaartepunt, het zogeheten barycentrum. Dat zorgt ervoor dat de planeet in haar baan een klein beetje heen en weer slingert. Bijgevolg kan het moment van de transit iets vroeger of later beginnen en zo de voorspelde tijd verschuiven.
In bepaalde samenstellingen, zoals wanneer een grote maan rond een relatief lichte planeet draait, zouden zulke timingsverschillen groot genoeg kunnen zijn om ze in bestaande waarnemingsgegevens te detecteren. Tegelijk kunnen planeten die vanuit de aarde bekeken geen transit hebben, vergelijkbare signalen veroorzaken. Dat bemoeilijkt de zoektocht naar exomanen.
Een andere veelbelovende techniek ligt in de astrometrie. Hiermee kunnen astronomen de positie, beweging en afstand van een hemellichaam uiterst nauwkeurig meten. Zo zouden ze ook verborgen exomanen kunnen opsporen door schommelingen in de baan van de planeet te bestuderen, aangezien planeet en maan samen rond hun gemeenschappelijk zwaartepunt draaien.
Sommige interferometers, zoals GRAVITY op de Very Large Telescope in Chili, kunnen de posities van hemellichamen met verbazingwekkende precisie meten. Dat maakt het mogelijk om die schommelingen te detecteren.
Een interferometer is een toestel dat licht of andere golven interfereert om bijvoorbeeld lichtsnelheid te meten. In januari gebruikte een team van astronomen metingen van het GRAVITY-instrument om HD 206893, een ster, en haar metgezel HD 206893 B te onderzoeken. Die laatste is vermoedelijk een bruine dwerg met een massa van ongeveer twintig keer die van Jupiter. Hoewel hij technisch gezien geen exoplaneet is, duiden enkele aanwijzingen erop dat de bruine dwerg een maan zou kunnen hebben. Volgens schattingen zou de maan haar omwenteling in negen maanden voltooien en een massa hebben die overeenkomt met bijna de helft van Jupiter.
Een bruine dwerg is een hemellichaam dat te groot en te heet is om een planeet te zijn, maar te klein en niet heet genoeg om als ster te worden geclassificeerd. Bruine dwergen vormen zich dan wel als sterren, maar bevatten niet genoeg massa om kernfusie op gang te brengen, wat de energiebron is voor normale sterren. Ze worden ook wel ‘mislukte sterren’ genoemd.
De mogelijke ‘maan’ zou meer dan honderd keer zo zwaar zijn als onze aarde, vandaar de aanhalingstekens. Net als andere kandidaat-exomanen, is haar bestaan voorlopig nog niet bevestigd. Astronomen testen momenteel GRAVITY+ uit, een verbeterde versie die uiteindelijk wel zou kunnen aantonen of het dan werkelijk om een exomaan gaat.
Een andere zoekmethode richt zich op vulkanische activiteit. Dat klinkt misschien vreemd, maar het idee is minder vergezocht dan het lijkt. Io, een maan van Jupiter, barst voortdurend uit en slingert zwavel de ruimte in. Dat komt omdat de kern verhit wordt door de getijdenwerking, die in gang wordt gezet door de zwaartekracht van Jupiter zelf en zijn andere nabije manen.
In de voorbije jaren gebruikten astronomen onder andere de James Webb Space Telescope (JWST) om de exoplaneet WASP-39b te bestuderen. Daarbij ontdekten ze in de omgeving van die planeet een wolk met afwisselende hoeveelheden zwaveldioxide, wat betekent dat er een externe ‘bron’ aanwezig moet zijn die onregelmatig actief is. Mogelijk gaat het om uitbarstingen van een soort ‘super-Io’, een vulkanische maan die in getijden samengedrukt wordt door de zwaartekracht van de bijhorende planeet. Astronomen stelden iets vergelijkbaars vast bij een andere exoplaneet, WASP-49Ab. Hoewel beide waarnemingen nog niet doorslaggevend zijn om het bestaan van de exomanen te bevestigen, openen ze wel nieuwe wegen voor de zoektocht.
Wat met exoringen?
In sommige opzichten zijn die nog lastiger te detecteren dan exomanen. Ringen kunnen weliswaar breed en helder lijken, maar kunnen tegelijk verrassend ijl zijn. Al het materiaal in de ringen van Saturnus zou bijvoorbeeld in een bol passen met een diameter van ‘maar’ vierhonderd kilometer. Dat is vergelijkbaar met de grootte van enkele van zijn middelgrote manen. Toch is de zwaartekracht van ringen niet sterk genoeg om door astronomen te worden opgemerkt.
Soms kunnen ringen rond een exoplaneet wel voldoende sterlicht blokkeren wanneer de planeet voor de ster langs beweegt, wat op de lichtkromme kleine ‘dalletjes’ of verduisteringen nalaat. Zo’n verschijnsel werd in 2007 al waargenomen bij de ster J1407. Een mogelijke verklaring is dat die verduisteringen werden veroorzaakt door de voorbijgang van een andere planeet, J1407b, omringd door een enorme schijf aan materiaal. Als dat klopt, zouden de ringen weliswaar gigantisch zijn, mogelijk tot wel 180 miljoen kilometer breed. Dat is zelfs groter dan de afstand tussen de aarde en de zon, die ongeveer 150 miljoen kilometer bedraagt. Tot nu toe werden noch het bestaan van de planeet noch van de ringen bevestigd en zoeken astronomen volop naar andere verklaringen.
IJsrijke ringen
In het novembernummer van 2025 van Astronomical Journal stelde een team astronomen voor om de James Webb Space Telescope te gebruiken om die ringen te detecteren. Hoewel ringen in principe veel te klein zijn om rechtstreeks waar te nemen, kunnen astronomen ze indirect opsporen. IJsrijke ringen zouden infraroodlicht weerkaatsen bij korte golflengtes, maar veel minder bij lange. Als een exoplaneet dat specifieke patroon vertoont, zou dat kunnen wijzen op de aanwezigheid van ringen.
Uit de analyse bleek dat een exoringen-systeem wel behoorlijk groot moet zijn om op te sporen. De James Webb-telescoop zou dat effect niet kunnen detecteren bij ringen die kleiner zijn dan ongeveer drie keer de omvang van die van Saturnus. Ringen die tien keer zo groot zijn als die van Saturnus zouden daarentegen wel binnen het bereik van de telescoop kunnen liggen, op voorwaarde dat de exoplaneet niet te dicht bij haar ster staat. NASA’s Habitable Worlds Observatory en de binnenkort te lanceren Nancy Grace Roman Space Telescope zouden in de toekomst op deze manier exoringen moeten opsporen.
Het kan dus nog even duren voordat astronomen met zekerheid exomanen of exoringen ontdekken, maar als we naar de reuzenplaneten in ons eigen zonnestelsel kijken, luidt de vraag niet of maar wanneer dat zal gebeuren.
Dit artikel verscheen eerder in Scientific American. Vertaling: Alexander Vanvinckenroye
