De begintijd van ons zonnestelsel was nogal onstuimig. Theoretische modellen van deze periode voorspellen dat de gasreuzen kort na hun ontstaan door het zonnestelsel trokken en tal van kleine rotsachtige hemellichamen uit het binnenste deel van het zonnestelsel naar banen op grote afstand van de zon verdreven [1]. Met name wijzen deze modellen erop dat de Kuipergordel – een koud gebied buiten de baan van Neptunus – voor een klein gedeelte moet bestaan uit rotsachtige lichamen uit het centrale deel van het zonnestelsel, die koolstofhoudende planetoïden worden genoemd [2]. Nu is in een recent artikel het bewijs geleverd voor de eerste betrouwbare waarneming van een koolstofhoudende planetoïde in de Kuipergordel. Dat is een flinke steun in de rug van de theoretische modellen voor de onstuimige begintijd van ons zonnestelsel. Na minutieuze metingen met meerdere instrumenten van ESO’s Very Large Telescope (VLT), kon een klein team van astronomen, onder leiding van Tom Seccull van Queen’s University Belfast in het Verenigd Koninkrijk de samenstelling meten van het afwijkende Kuipergordelobject 2004 EW95. Op die manier kon worden vastgesteld dat het een koolstofhoudende planetoïde betreft. Dit wijst erop dat het object oorspronkelijk in het binnenste deel van het zonnestelsel is gevormd en sindsdien naar buiten moet zijn gemigreerd [3].
De bijzondere aard van 2004 EW95 kwam voor het eerst aan het licht tijdens routinewaarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop door Wesley Fraser, een astronoom van Queen’s University Belfast, die ook deel uitmaakt van het team achter deze ontdekking. Het reflectiespectrum van de planetoïde – het specifieke golflengtenpatroon van het licht dat door het object wordt weerkaatst – week af van dat van vergelijkbaar kleine Kuipergordelobjecten, die doorgaans oninteressante, vlakke spectra hebben die weinig informatie over hun samenstelling prijsgeven. ‘Het reflectiespectrum van 2004 EW95 week duidelijk af van dat de overige objecten die in het buitengebied van het zonnestelsel zijn waargenomen’, legt hoofdauteur Seccull uit. ‘Dat leek ons merkwaardig genoeg om het nog eens wat beter te bekijken.’
Het team heeft 2004 EW95 waargenomen met de VLT-instrumenten X-Shooter en FORS2. De gevoeligheid van deze spectrografen stelde de onderzoekers in staat om het patroon van het licht dat door de planetoïde wordt weerkaatst nauwkeuriger te meten en aldus diens samenstelling te bepalen. Ondanks het indrukwekkende licht-verzamelende vermogen van de VLT kostte het veel moeite om 2004 EW95 waar te nemen. Hoewel het object 300 kilometer groot is, is het op dit moment maar liefst 4 miljard kilometer van de aarde verwijderd. Dat maakt het verzamelen van gegevens over zijn donkere, koolstofrijke oppervlak tot een grote wetenschappelijke uitdaging.
‘Het is alsof je een reusachtige berg steenkool waarneemt tegen de pikdonkere achtergrond van de nachthemel’, zegt medeauteur Thomas Puzia van de Pontificia Universidad Católica de Chile. ‘Niet alleen is 2004 EW95 in beweging, hij is ook erg zwak’, voegt Seccull daar aan toe. ‘We moesten een behoorlijk geavanceerde gegevensverwerkingstechniek gebruiken om zoveel mogelijk uit de gegevens te halen.’ Twee opvallende kenmerken van de spectra van het object konden worden toegeschreven aan ijzeroxiden en fylosilicaten. De aanwezigheid van deze materialen was nog nooit eerder bevestigd in een Kuipergordelobject en wijst er sterk op dat 2004 EW95 in het centrale deel van zonnestelsel is ontstaan.
Seccull concludeert: ‘Gezien de huidige verblijfplaats van 2004 EW95 in de ijzige buitenwijken van het zonnestelsel, impliceert dit dat het object in de begintijd van het zonnestelsel door een migrerende planeet naar zijn huidige baan is geslingerd.’ ‘Hoewel er meer meldingen zijn geweest van Kuipergordelobjecten met ‘atypische’ spectra, is geen daarvan tot op deze nauwkeurigheid bevestigd’, zegt Olivier Hainaut, een ESO-astronoom die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam. ‘De ontdekking van een koolstofhoudende planetoïde in de Kuipergordel is een belangrijke bevestiging van een van de fundamentele voorspellingen van de dynamische modellen van het vroege zonnestelsel.’
Noten
[1] De huidige dynamische modellen van de evolutie van het vroege zonnestelsel, zoals de Grand-tack-hypothese en het Nice-model, voorspellen dat de reuzenplaneten eerst naar binnen en vervolgens naar buiten migreerden en de banen van objecten in het binnenste deel van het zonnestelsel verstoorden. Daarom is de verwachting dat een klein percentage van de rotsachtige planetoïden in banen in de Oortwolk en de Kuipergordel terecht zijn gekomen.
[2] Koolstofhoudende planetoïden bevatten koolstof en diverse verbindingen daarvan. Ze zijn herkenbaar aan hun donkere oppervlakken, die het gevolg zijn van de aanwezigheid van koolstofmoleculen.
[3] Eerder zijn ook andere objecten uit het centrale deel van het zonnestelsel in de buitengebieden van het zonnestelsel gedetecteerd, maar dit is de eerste koolstofhoudende planetoïde die zo ver van huis is aangetroffen.
