Uit nieuw onderzoek blijkt dat de beste theorieën van wetenschappers over de vorming van planeten wel eens niet zouden kunnen kloppen. Astronomen die een nog vormende planeet buiten ons zonnestelsel bestuderen, hebben ontdekt dat zijn chemische samenstelling niet helemaal overeenkomt met de wervelende gas- en stofschijf waaruit hij is ontstaan. Deze ontdekking vormt een uitdaging voor de standaardmodellen voor planeetvorming en impliceert dat deze misschien te simplistisch zijn, aldus de onderzoekers.
De ontluikende planeet, PDS 70b genaamd, is een wereld die bijna drie keer zo groot is als Jupiter en bevindt zich op ongeveer 400 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Centaurus. Hij maakt deel uit van een systeem met twee planeten - een van de weinige die bekend zijn waar planeten nog in elkaar schuiven. Dit is een waardevolle omgeving voor astronomen om het verband tussen pasgeboren planeten en hun geboorteplaneet te onderzoeken. PDS 70b cirkelt rond zijn ster op een afstand die vergelijkbaar is met de baan van Uranus rond de zon. Eerdere waarnemingen hebben erop gewezen dat de planeet het einde van zijn pasgeboren tijdperk nadert, nadat hij ongeveer 5 miljoen jaar lang massa heeft opgebouwd. In mei gebruikten sterrenkundigen de Keck II-telescoop van Hawaï om de chemische samenstelling van PDS 70b te bestuderen, waarbij ze specifiek keken naar de overvloed aan koolmonoxide en water. Het team gebruikte deze informatie om af te leiden hoeveel koolstof en zuurstof er aanwezig is in de atmosfeer van de planeet - twee van de meest voorkomende elementen in ons universum na waterstof en helium en dus belangrijke sporen van planeetvorming.
Door deze waarnemingen te vergelijken met archiefgegevens over de gassen in de protoplanetaire schijf van het systeem, ontdekten de onderzoekers dat de atmosfeer van de planeet veel minder koolstof en zuurstof bevat dan verwacht. Ze beschreven hun bevindingen in een artikel dat woensdag 18 december 2024 werd gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters. “Dat was een beetje verrassend, en het laat zien dat ons algemeen geaccepteerde beeld van planeetvorming te simplistisch was,” zei hoofdauteur Chih-Chun Hsu, een astrofysicus die momenteel postdoctoraal onderzoeker is aan de Northwestern University in Illinois, in een verklaring.
De raadselachtige opkomst van planeten
Wetenschappers geloven dat planeten, waaronder die in ons zonnestelsel, ontstaan wanneer deeltjes in de protoplanetaire schijf botsen en aan elkaar kleven, om uiteindelijk grotere lichamen te vormen door accretie. Als dit inderdaad een universeel proces is, zouden planeten dezelfde chemische samenstelling moeten hebben als hun schijven. De onderzoekers stellen twee scenario's voor die de waargenomen discrepantie kunnen verklaren. Ten eerste zou PDS 70b het grootste deel van zijn koolstof en zuurstof niet rechtstreeks uit het gas in de protoplanetaire schijf kunnen hebben gehaald, maar uit vast materiaal zoals ijs en stof, dat gevangen koolstof en zuurstof zou hebben bevat.
Recente waarnemingen van de James Webb Space Telescope van andere planetenstelsels suggereren dat zo'n proces mogelijk is en invloed kan hebben op de chemische samenstelling van jonge planeten. Als PDS 70b dezelfde route heeft gevolgd, “zou dat ijs en stof verdampt zijn voordat het de planeet ingaat”, aldus co-auteur Jason Wang, assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de Northwestern University, in de verklaring. “Dus het zou ons kunnen vertellen dat we niet alleen gas versus gas kunnen vergelijken - de vaste componenten zouden een groot verschil kunnen maken in de koolstof/zuurstof-verhouding.”
Een andere mogelijkheid is dat de protoplanetaire schijf relatief recent verrijkt is met koolstof, zoals andere modellen van planeetvorming voorspellen. De bestaande gegevens over het systeem zijn niet toereikend om onderscheid te maken tussen deze twee mogelijkheden, maar de komende waarnemingen van de tweede planeet, PDS 70c, kunnen de nodige inzichten verschaffen voor meer gedetailleerde modellering van het systeem, aldus de onderzoekers. “Door deze twee planeten samen te bestuderen, kunnen we de ontstaansgeschiedenis van het systeem nog beter begrijpen,” zei Hsu. “Maar dit is slechts één systeem. Idealiter moeten we er meer identificeren om beter te begrijpen hoe planeten zich vormen.”
Bron: LiveScience.com
