API-onderzoekers verklaren vorming van zeven exoplaneten rond Trappist-1

8 June 2017

Astronomen van de Universiteit van Amsterdam hebben met een model verklaard hoe het mogelijk is dat rond het planetenstelsel Trappist-1 zeven planeten ter grootte van de aarde zo dicht rond hun ster draaien. De crux zit op de grens waar ijs in water verandert. Kiezels die van ver richting de ster zweven, ontvangen in de buurt van die ijslijn een extra portie water en klonteren samen tot planeten. Het artikel met de verklaring is geaccepteerd voor publicatie in het vakblad Astronomy & Astrophysics.

In februari 2017 maakte een internationaal team van astronomen bekend dat ze een stelsel hadden ontdekt van zeven planeten ter grootte van de aarde die dicht rond hun ster draaien (zie berichten op astronomie.nl en eso.org). Dat er zoveel relatief grote planeten dicht rond een kleine ster draaien, kwam als een verrassing. Het ging namelijk tegen de heersende theorieën en scenario's voor planeetvorming in. Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam komen nu met een model dat verklaart hoe het planeetstelsel kan zijn ontstaan.

Artistieke impressie van hoe zeven planeten rondom hun ster draaien

Fig. 1: Astronomen van de Universiteit van Amsterdam verklaren met een model hoe het kan dat rond het zonnestelsel Trappist-1 (hier een artistieke impressie) zeven planeten van aardformaat dicht rond hun ster draaien. De crux zit op de grens waar ijs in water verandert. (c) NASA/R. Hurt/T. Pyle

Tot nu toe waren er twee heersende theorieën voor de vorming van planeten. De eerste theorie gaat ervan uit dat planeten zich vormen waar je ze nu ziet. Dat zou niet gaan bij Trappist-1, omdat de stofschijf waaruit de planeten ontstaan dan erg dicht moet zijn geweest. De tweede theorie gaat ervan uit dat een planeet zich aan de buitenkant van de stofschijf vormt en daarna naar binnen migreert. Deze theorie levert ook problemen op bij Trappist-1, omdat hij niet goed verklaart waarom de planeten allemaal ongeveer even groot zijn als de aarde.

De Amsterdamse onderzoekers komen nu met een model waarbij gruis en kiezels migreren in plaats van complete planeten. Het model begint bij kiezels die van ver richting de ster zweven. Zulke kiezels bestaan voor een groot gedeelte uit ijs. Als de deeltjes in de buurt van de zogeheten ijslijn komen, het punt waar het warm genoeg is voor vloeibaar water, krijgen ze nog een extra portie waterdamp te verwerken. Daardoor klonteren ze samen tot een protoplaneet. Daarna beweegt de protoplaneet nog wat dichter naar de ster en onderweg zuigt hij als een stofzuiger zoveel kiezels op dat zich een planeet ter grootte van de aarde vormt. De planeet beweegt vervolgens nog wat verder naar binnen en maakt ruimte voor een nieuwe planeet.

De crux, aldus de Amsterdammers, zit hem in het samenklonteren op de ijslijn. Daarbij verliezen de klonten namelijk water. Dat water kan vervolgens weer gebruikt worden door de volgende lading kiezels die in aantocht is uit de buitengebieden van de stofschijf. Dit proces kon zich bij Trappist-1 herhalen totdat er zeven planeten waren gevormd.

Onderzoeksleider Chris Ormel (Universiteit van Amsterdam): "Voor ons kwam Trappist-1 met zijn zeven planeten als een welkome verrassing. Wij doen al langer onderzoek aan samenklonterende en stofzuigende kiezels en we zijn ook al een tijd bezig met het verfijnen van ons ijslijnmodel. Door de ontdekking van Trappist-1 konden we ons model met de werkelijkheid gaan vergelijken."

De komende tijd willen de Amsterdamse onderzoekers hun model verfijnen. Daarnaast gaan ze computersimulaties uitvoeren om te kijken hoe hun model standhoudt bij verschillende begincondities.

De onderzoekers verwachten nog wel wat discussie onder vakgenoten. Het model is namelijk vrij revolutionair omdat de kiezels vanuit het buitenste deel van de schijf helemaal naar binnen reizen zonder dat er veel gebeurt. Ormel: "Verder hoop ik dat ons model helpt bij het beantwoorden van de vraag over hoe uniek ons eigen zonnestelsel nu eigenlijk is ten opzichte van andere planetensystemen."


Artikel
"Formation of TRAPPIST-1 and other compact systems." Chris W. Ormel, Beibei Liu & Djoeke Schoonenberg. Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics. (gratis preprint).

Het onderzoek van Chris Ormel is gefinancierd vanuit de Vidi-subsidie die hij kreeg van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, NWO.