Het ontstaan van ons keurige zonnestelsel is relatief makkelijk te begrijpen. Maar planetenstelsels rond andere sterren blijken vaak een stuk chaotischer. Hoe kan dat?
In ons zonnestelsel bewegen de planeten rond de zon in dezelfde richting als de zon om zijn as draait. Bovendien hebben ze banen die bijna cirkelvormig zijn en zich bij benadering allemaal in hetzelfde vlak bevinden. Maar zo’n netjes gereguleerd geheel lijkt minder gebruikelijk in ons heelal dan eerder werd aangenomen: exoplaneten blijken heel scheve banen te kunnen hebben ten opzichte van de ster waar ze omheen bewegen, of bewegen zelfs de andere kant op dan hun ster. Een team van Duitse en Britse astronomen heeft nu een manier doorgerekend waarop dit soort chaotische stelsels kunnen ontstaan.
Het probleem is dat als je uitgaat van het gebruikelijke scenario van zonnestelselvorming, je een keurig stelsel krijgt als het onze – en dus niet het soort stelsel dat we rond andere sterren zien. Dit vormingsscenario houdt in dat een grote wolk materie onder invloed van zijn eigen zwaartekracht instort, waarbij een roterende schijf ontstaat met de voorloper van een ster in het midden. In die schijf klonteren vervolgens kleine deeltjes samen tot steeds grotere objecten, tot er planeten zijn ontstaan. Dat die planeten dezelfde kant op gaan als de rotatierichting van de ster in het midden, lijkt dan logisch; ze ontstaan immers allemaal uit dezelfde, roterende schijf.
De stilzwijgende aanname bij een dergelijke gang van zaken is dat een zonnestelsel alleen vormt, dus zonder verdere invloeden van buitenaf. Dat is ook wel logisch, zegt de niet bij het onderzoek betrokken sterrenkundige Carsten Dominik van de Universiteit van Amserdam: “Je probeert een zo simpel mogelijk model te maken, om alles makkelijk uit te kunnen rekenen.”
Maar, zo merken Ingo Thies en collega’s nu op in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: de meeste sterren ontstaan in clusters – oftewel, in gebieden van de ruimte waar ook andere wolken aan materie zijn te vinden. In hoeverre is het dan realistisch om uit te gaan van een wolk die ongehinderd kan indikken tot een keurig, plat planetenstelsel? Een vraag die je overigens ook al kunt stellen bij sterren die zich niet in een cluster bevinden, voegt Dominik daaraan toe; ook die maken niet hun hele ontstaansgeschiedenis noodzakelijkerwijs alleen door.
Op de computer simuleerde Thies het alternatief: een stelsel dat tijdens zijn vorming een andere wolk tegenkomt en dat daardoor wordt beïnvloed. Het resultaat: planeten met banen die scheef staan ten opzichte van de rotatierichting van de ster waar ze omheen bewegen. Oftewel: je kunt chaotische planetenstelsels verklaren door aan te nemen dat hun vorming niet geïsoleerd heeft plaatsgevonden.
Verder bekeken de sterrenkundigen wat er gebeurt als een planetenstelsel dat al is gevormd te maken krijgt met een aanvoer van nieuwe materie. Dat leidt, zo blijkt, tot planeten die naar binnen toe bewegen, totdat ze tien keer zo dicht bij hun ster staan als eerst. Bovendien worden sommige planeetbanen uitgerekt. “Zo’n systeem is dynamisch onstabiel”, schrijven Thies en collega’s. “Dat wil zeggen dat sommige planeten waarschijnlijk in de loop der tijd uit het stelsel worden gelanceerd, waarbij één tot drie planeten overblijven, met de zwaarste het dichtst bij de zon.”
De simulaties van Thies leveren dus een heel ander plaatje op dan ons zonnestelsel. Dat bevat sowieso geen een, twee of drie, maar acht planeten, en daarvan bevinden de zwaardere exemplaren zich juist verder van de zon vandaan. Het binnenste gebied is gereserveerd voor kleine, rotsachtige planeten als de aarde, die miljarden jaren lang ongestoord hun baantjes rond de zon kunnen trekken. Een goede voedingsbodem voor het ontstaan van leven dus, maar volgens Thies zou zo’n ordelijk stelsel weleens eerder uitzondering dan regel kunnen zijn.
“Het is een aantrekkelijke theorie met interessante resultaten”, zegt Dominik over het werk van Thies. Wel wijst hij erop dat de sterrenkundigen in hun artikel alleen laten zien dat áls een planetenstelsel in aanbouw wordt ‘gestoord’ door materie van buitenaf, het resultaat lijkt op de planetenstelsels die we de laatste tijd vaak zien bij andere sterren dan de zon. Over de kans dat een willekeurige stelsel daadwerkelijk vreemde materie tegenkomt en daardoor wordt beïnvloed, zeggen ze niets. Zo’n schatting zal iemand anders dus nog moeten maken.
Bronnen: ArXiv, Royal Astronomical Society
Beeld: L. Ricci (ESO)/NASA/ESA