29 mei 2024

De aarde is geen Super-aarde geworden omdat de zon eerst ringen had

Artistieke weergave van een waterrijke superaarde. Credit: NASA Ames/JPL-Caltech.

Er zijn al bijna 5000 exoplaneten ontdekt in het Melkwegstelsel en daarvan is bekend dat bij 30% van alle zonachtige sterren zware rotsachtige planeten voorkomen, de zogeheten super-Aardes. Maar als dat zo gewoon is, waarom heeft ons zonnestelsel dat wel vier kleine rotsachtige planeten (Mercurius, Venus, Aarde en Mars), maar ontbreekt een super-Aarde? Op die vraag hebben André Izidoro (Rice Universiteit) en z’n collegae onlangs geprobeerd antwoord te geven. Op grote computers hebben ze honderden simulaties gedraaid van het ontstaan van het zonnestelsel en daaruit komt naar voren dat er zich geen super-Aarde gevormd heeft omdat… de zon eerst ringen had!

Bij hun studie baseerden de sterrenkundigen zich op onderzoek gedaan aan planetensystemen bij andere sterren. Daaruit is gebleken dat jonge sterren omringd worden door een protoplanetaire schijf van gas en stof vol met ringen en banden, waarbij de onderbrekingen ontstaan door zogeheten ‘drukstoten’ – we hadden het er enkele dagen terug nog over. Het waren deze drukstoten die afzonderlijke reservoirs van schijfmateriaal in het binnenste en buitenste zonnestelsel produceerden en die regelden hoeveel materiaal beschikbaar was om planeten in het binnenste zonnestelsel te laten groeien. Bij de drukstoten neemt de gasdruk toe en krijgen stofdeeltjes de gelegenheid zich te verzamelen en ter plaatse een hogere dichtheid op te bouwen. Dat worden dan de ringen in de protoplanetaire schijven, zoals is waargenomen bij andere sterren door ALMA in Chili (zie het voorbeeld hieronder).

ALMA-opname van de mooi gestructureerde protoplanetaire schijf rondom HD 163296. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Izidoro en z’n team denken dat er in het allervroegste zonnestelsel drie drukstoten bestonden, die voorkwamen bij de sublimatielijnen van silica, water en koolmonoxide, de lijnen waar gassen onder een bepaalde temperatuur kunnen overgaan in een vaste toestand (bij resp. 1400K, 170K en 30K voor de genoemde lijnen). Boven 1400K bijvoorbeeld kan silicium dioxide, het basisingrediënt van glas en zand, direct in een damp overgaan. Hieronder zie je een illustratie van de drie ringen in het vroege zonnestelsel en de ‘producten’ die deze opleverden, binnenplaneten, buitenplaneten, een planetoïdengordel en een kometengordel.

Credit: Rajdeep Dasgupta

Het model met de drie ringen rond de zon was perfect in staat om waargenomen objecten te produceren die daadwerkelijk in het zonnestelsel voorkomen, zoals de rotsachtige binnenplaneten, de gasachtige buitenplaneten, de ‘dichotomie’ in de chemische samenstelling van de binnenste en buitenste planeten, de planetoïdengordel en de Kuiper-kometengordel.

Uit alle simulaties komt naar voren dat een belangrijk aspect de tijd betreft wanneer de middelste ring ontstaat door een drukstoot. Als die zich later vormt kan zich genoeg materiaal verzamelen om een super-Aarde te maken, een vroege middelste ring levert kleinere rotsachtige planeten op. En dat was kennelijk het geval in ons zonnestelsel. Hier het vakartikel van Izidoro et al over het onderzoek aan de vorming van het zonnestelsel, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Rice Universiteit.

..

Share

Speak Your Mind

*