Voor pasgeboren planeten zijn zonnestelsels van nature ‘kindveilig’

Computersimulaties laten zien dat fysische mechanismen ervoor zorgen dat jonge planeten in het centrale deel van hun planetenstelsel niet door hun ster worden verzwolgen. Vergelijkbare processen maken het ook mogelijk dat er planeten in de nabijheid van de ster ontstaan. Een en ander verklaart waarom er veel ‘superaardes’ op geringe afstanden van hun moederster zijn ontdekt (Astronomy & Astrophysics, 10 september).

Planeten ontstaan in de schijf van gas en stof die rond een pasgeboren ster achterblijft. In deze protoplanetaire schijf klonteren stofdeeltjes samen totdat, na enkele miljoenen jaren, brokken gesteenten met afmetingen van enkele kilometers zijn gevormd. Vanaf dat moment is de zwaartekracht sterk genoeg om deze objecten samen te voegen tot planeten.

Eenvoudige berekeningen lieten zien dat planeten die zich nabij hun ster aan het vormen zijn geleidelijk naar binnen zouden spiralen, om binnen een miljoen jaar door de ster te worden opgeslokt. Waarnemingen van diverse planetenstelsels rond zonachtige sterren tonen echter aan dat dit lang niet altijd gebeurt.

Om deze tegenspraak op te lossen hebben wetenschappers van het Max-Planck-Institut für Astronomie, in samenwerking met Britse en Amerikaanse collega’s, computersimulaties gedaan van wat zich in de protoplanetaire schijf rond een ster zoal afspeelt. Daarbij hebben ze twee mogelijke verklaringen gevonden voor het bestaan van planeten die in krappe omloopbanen om hun ster cirkelen.

Superaarde

De eerste is dat deze jonge stelsels, voor rotsachtige planeten met maximaal tien keer zoveel massa als de aarde althans, ‘baby-proof’ zijn. Dat zit zo. Hoe dichter je bij de ster komt, des te intenser wordt diens straling. Voorbij het punt waar de temperatuur in de schijf boven de 900 graden Celsius komt, verdampen stofdeeltjes (silicaten) tot gas.

Het extreem hete gas in dit deel van de schijf is uiterst turbulent. Wanneer een naar binnen spiralende planeten deze ‘sublimatiegrens’ bereikt, geven de daar aanwezige gasdeeltjes hem kleine schopjes die ervoor zorgen dat hij niet verder naar binnen gaat.

Er is nog een tweede effect. Bij het samenklonteren van het stof in een protoplanetaire schijf ontstaan in eerste instantie steentjes met afmetingen van enkele millimeters tot centimeters. Uit de computersimulaties blijkt dat zulke steentjes de neiging hebben om zich bij de sublimatiegrens van silicaten op te hopen. Steentjes die zich voorbij die grens wagen, worden onder invloed van het daar aanwezige gas weer naar buiten geslingerd. Rond de sublimatiegrens heersen dus ideale omstandigheden voor de vorming van superaardes.

De resultaten roepen wel een nieuwe vraag op. Als zich zo makkelijk een superaarde in de omgeving van een jonge ster kan vormen, waarom komen we die in ons eigen zonnestelsel dan niet tegen? Is die er nooit geweest of is hij op enig moment uit het zonnestelsel ontsnapt?