Astronomen gebruiken de James Webb Space Telescope (JWST) om een kosmisch mysterie te onderzoeken: hoe ontstaan enorme gasreuzen en waar ligt precies de lijn die een planeet van een ster scheidt?
Recente observaties van een verre wereld die bekend staat als 29 Cygni b leveren kritisch bewijsmateriaal op dat ons begrip van planetaire geboorte zou kunnen hervormen.
Het mysterie van de “superreus” planeet
29 Cygni b, gelegen op 133 lichtjaar van de aarde, is een enorme gasreus met ongeveer 15 maal de massa van Jupiter. Vanwege zijn immense omvang bevindt het zich op een wetenschappelijk kruispunt. Traditioneel categoriseren astronomen planetaire vorming in twee verschillende methoden:
- Bottom-up-formatie: Kleine klontjes steen en ijs botsen geleidelijk en smelten samen om een planeet te bouwen. Dit is hoe de meeste planeten in ons zonnestelsel zijn ontstaan.
- Vorming van bovenaf: Dichte plekken van gas en stof storten direct in onder hun eigen zwaartekracht – hetzelfde proces dat sterren creëert.
De uitdaging voor wetenschappers is dat ‘bottom-up’-processen moeite hebben om uit te leggen hoe een planeet zo groot kan worden, terwijl ‘top-down’-processen meestal voorbehouden zijn aan veel grotere hemellichamen. 29 Cygni b tart een gemakkelijke categorisering.
Bewijs voor een “bottom-up” oorsprong
Hoewel zijn enorme gewicht doet vermoeden dat hij zich van boven naar beneden als een ster heeft gevormd, doen zijn orbitale kenmerken anders vermoeden. 29 Cygni b draait rond zijn moederster op een afstand van ongeveer 2,5 miljard kilometer – een afstand vergelijkbaar met Uranus in ons eigen zonnestelsel. Deze brede baan is een kenmerk van de ‘bottom-up’-methode.
Met behulp van de Near-Infrared Camera (NIRCam) van de JWST hebben onderzoekers twee belangrijke bewijsstukken blootgelegd die deze theorie ondersteunen:
- Een ‘metaalrijke’ atmosfeer: Door te analyseren hoe koolstofdioxide en koolmonoxide licht absorberen, hebben astronomen de overvloed aan ‘metalen’ (elementen zwaarder dan helium) in de atmosfeer van de planeet gemeten. Ze ontdekten dat 29 Cygni b 150 keer rijker aan metalen is dan de aarde en aanzienlijk meer metaalrijk is dan zijn moederster. Dit suggereert dat de planeet groeide door ‘gretig’ metaalzware klonten materiaal uit de omringende protoplanetaire schijf op te zuigen.
- Orbitale uitlijning: Het team ontdekte dat de baan van de planeet in lijn ligt met de rotatie van zijn moederster. Deze uitlijning wijst er sterk op dat de planeet zich heeft gevormd binnen een protoplanetaire schijf – de wervelende ring van stof en gas die een jonge ster omringt – in plaats van onafhankelijk van een afzonderlijke wolk in te storten.
Waarom dit belangrijk is
Deze ontdekking is belangrijk omdat ze suggereert dat de ‘bottom-up’-methode veel krachtiger is dan eerder werd gedacht. Als een planeet genoeg zwaar materiaal van zijn schijf kan verzamelen, kan hij potentieel superreuzenproporties bereiken zonder het sterachtige proces van directe zwaartekrachtinstorting te hoeven ondergaan.
Het onderzoeksteam maakt momenteel deel uit van een groter programma om vier vergelijkbare exoplaneten in beeld te brengen. Deze werelden zijn allemaal relatief jong, heet en hebben een massa die tussen de één en vijftien keer die van Jupiter bedraagt.
Door deze ‘middenwerelden’ te bestuderen hopen wetenschappers uiteindelijk vast te stellen of de zwaarste planeten in de Melkweg als sterren geboren zijn, of dat het eenvoudigweg veel grotere versies zijn van de planeten die we in onze eigen omgeving zien.
Conclusie
De bevindingen van 29 Cygni b suggereren dat enorme gasreuzen kunnen ontstaan door de geleidelijke accumulatie van metaalrijk materiaal binnen een protoplanetaire schijf. Deze ontdekking vormt een essentiële schakel in het begrijpen van het complexe spectrum van hoe hemellichamen worden geboren.
