Een tsunami van planeten

Planetenjagers presenteren de ene primeur na de andere. Laatste nieuws: het Melkwegstelsel wemelt van de bewoonbare werelden. Maar wanneer wordt dat tweelingzusje van de aarde nou eindelijk gevonden?

Het regende deze week weer indrukwekkende getallen bij NASA's Ames Research Center in Mountain View, Californië. Dat krijg je als je vierhonderd astronomen bij elkaar zet om de nieuwste resultaten van de Amerikaanse ruimtetelescoop Kepler te bespreken. Een paar voorbeelden op de eerste dag van de Kepler Science Conference II: Kepler ontdekte tot nu toe 3.538 kandidaatplaneten bij 2.658 sterren, waarvan 104 in de bewoonbare zone van hun moederster. In die zone is het niet te heet en niet te koud, zodat er water aan het oppervlak kan voorkomen, en misschien dus leven. Er waren ook opzienbarende statistische conclusies. 70 procent van alle sterren in het Melkwegstelsel wordt door minstens één planeet vergezeld. En een op de vijf zonachtige sterren heeft een bewoonbare planeet zoals de aarde.

'Een hoorn des overvloeds', aldus Kepler-hoofdonderzoeker Bill Borucki. Het Melkwegstelsel telt naar schatting vijftig miljard sterren die op de zon lijken. Dat betekent dus tien miljard aardachtige planeten. Even veel als er zandkorrels gaan in een kubieke meter. De zandkorrel die wij bewonen is allesbehalve uniek - daar twijfelt geen mens meer aan.

Toch knaagt er iets. Want Kepler is om de haverklap in het nieuws met weer een nieuwe ontdekking en weer een nieuwe bizarre planeet (vorige week nog werd de vondst van een kleine, oververhitte lavaplaneet bekendgemaakt), maar het echte Eureka-moment laat nog steeds op zich wachten. Wanneer vinden we die één-op-éénkopie van de aarde? Eentje die bewoond is, liefst?

Verscheidenheid

Francesco Pepe van de Universiteit van Genève, een van de ontdekkers van lavaplaneet Kepler-78b, vindt het niet zo gek dat exoplaneten - planeten bij andere sterren dan de zon - zo vaak de krant halen. 'Er blijkt een onvoorstelbare verscheidenheid aan planetenstelsels te bestaan', zegt hij. 'Elke keer vinden we weer iets compleet nieuws of onverwachts.' Grote, hete gasplaneten vlak bij hun moederster, met omlooptijden van een paar dagen. Extreem compacte planetenstelsels. Planeten bij dubbelsterren. 'Je kunt het zo gek niet bedenken of het blijkt ook echt te bestaan.'

De eerste exoplaneet werd pas achttien jaar geleden gevonden, in 1995. Vóór die tijd wist niemand of ons zonnestelsel regel of uitzondering was, en was er maar een handjevol astronomen op zoek. Inmiddels is de teller de magische grens van duizend gepasseerd. Het wemelt van de planeten in het heelal, en het onderzoek aan exoplaneten is een van de snelst groeiende deelgebieden van de sterrenkunde.

En, zegt mission scientist Natalie Batalha, 'Kepler heeft het landschap volledig getransformeerd.' Dat de ruimtetelescoop afgelopen voorjaar de geest gaf, doet daar niets aan af: er ligt nog voor een jaar aan meetgegevens te wachten op een gedetailleerde analyse. Daar zou de heilige graal van de planetenjagers heel goed tussen kunnen zitten. Batalha: 'Ik ben heel optimistisch.'

Kepler was van meet af aan een statistische missie. Vier jaar lang - zelfs een jaar langer dan gepland - heeft hij elke dertig seconden van ruim 150 duizend sterren heel nauwkeurig de helderheid opgemeten. Minieme, periodieke helderheidsdipjes wijzen op de aanwezigheid van een planeet die eens per omloop voor de ster langs beweegt. Zulke 'overgangen' zie je natuurlijk alleen als je min of meer van opzij tegen de planeetbaan aankijkt, dus het werkelijke aantal planeten is nog veel groter dan wat Kepler detecteert.

Doel van het project: achterhalen hoeveel 'aardachtige' planeten er in het Melkwegstelsel voorkomen - werelden hooguit twee keer zo groot als die van ons, met een kern van ijzer en een mantel van gesteenten, in de 'bewoonbare zone' rond een zonachtige ster. Daar komt nog heel wat statistiek bij om de hoek kijken, zo bleek deze week uit de analyse van promovendus Erik Petigura van de Universiteit van Californië in Berkeley. Maar voor het eerst is er nu dan een antwoord: naar schatting een op de vijf zonachtige sterren wordt vergezeld door een bewoonbare aardachtige planeet.

Jackpotzone

Precieze cijfers kan niemand geven, al was het maar omdat er geen goede definities zijn van 'aardachtige planeet' of van 'bewoonbare zone'. Bij koele sterren ligt die jackpotzone bovendien dichterbij dan bij hete sterren, en heeft Kepler meer kans om kleine planeten te vinden. De tien bewoonbare aardachtige planeten waar Petigura en zijn collega's hun conclusies op baseren, draaien dan ook allemaal rond relatief koele, oranje sterren. Dat ze bij iets hetere, geelwitte sterren zoals de zon net zo vaak voorkomen is zeer waarschijnlijk, maar vooralsnog blijft het een aanname.

En dan nog. Dat er water kán voorkomen, betekent nog niet dat er ook water ís. En 'bewoonbaar' is al helemaal niet hetzelfde als 'bewoond'. De Amsterdamse astronoom Gijs Mulders, sinds kort verbonden aan de Universiteit van Arizona, presenteerde op het Kepler-congres computersimulaties waaruit blijkt dat planeten in de bewoonbare zone van hun moederster niet altijd even 'nat' zijn. Zeker bij koele dwergsterren is de kans groot dat de aardachtige planeten kurkdroog zijn, aldus Mulders. Dan is het fijn als de temperatuur oké is, maar zonder water (of een andere vloeistof) lijkt de vorming van leven heel onwaarschijnlijk, omdat organische moleculen een oplosmiddel nodig hebben waarin ze kunnen mengen.

Het is een probleem waar planetenjagers voortdurend tegenaan lopen. Omlooptijd, middellijn, massa - dat is in principe allemaal te meten. Maar met wat voor wereld je te maken hebt, hoe het oppervlak eruit ziet, of er leven is, hoe dat leven eruit ziet en hoe de planeet is ontstaan, dat blijft gissen. 'Wat ontstaan en evolutie van planetenstelsels betreft, hebben we er minstens zo veel vragen bijgekregen als er zijn beantwoord', zegt David Black van het Lunar and Planetary Institute.

Achttien jaar geleden, toen de eerste planeten bij andere sterren werden ontdekt, was Black uitermate kritisch over het gebruik van de term 'planeet'. Inmiddels, zegt hij, zijn er zo onvoorstelbaar veel nieuwe meetgegevens beschikbaar dat hij niet langer aan het bestaan van exoplaneten twijfelt. 'Maar in die kosmische dierentuin lopen misschien nog heel wat schepselen rond waarvan de ware aard onvoldoende wordt begrepen. Voor het gemak noemen we ze allemaal planeten, maar een open geest leidt waarschijnlijk toch tot meer inzicht.'

Anomalie

Met de ontdekking van al die bizarre planetenstelsels - 'als jij het kunt bedenken, heeft het heelal het wel ergens gemaakt', aldus Kepler-onderzoeker Jason Rowe - is de vraag gerechtvaardigd hoe uniek ons eigen planetenstelsel is, met kleine planeten zoals de aarde in de binnendelen, en reuzenplaneten zoals Jupiter op grotere afstand. 'Vergeleken met de nieuw ontdekte stelsels lijkt ons zonnestelsel in veel opzichten een anomalie, een uitzondering,' zegt Black. 'Dat is wel een van de opmerkelijkste resultaten van de afgelopen jaren.'

Francesco Pepe van het Zwitserse planetenjagersteam lijkt iets voorzichtiger. 'Ons zonnestelsel is zeker niet de norm in het heelal,' zegt hij, 'maar extreem zeldzaam is het waarschijnlijk ook niet. Met de huidige technieken zijn planetenstelsels zoals het onze nog steeds moeilijk te ontdekken. Ik schat in dat 1 tot 10 procent van alle planetenstelsels vergelijkbaar is met dat van ons, maar ik zeg er meteen bij dat dat erg speculatief is.'

De komende jaren gaat daar wel meer duidelijkheid over komen. Eind december lanceert de Europese ruimtevaartorganisatie ESA de ruimtetelescoop Gaia. Die gaat in vijf jaar tijd van één miljard sterren in het Melkwegstelsel extreem nauwkeurig posities, afstanden en bewegingen opmeten. Kleine, trage schommelingen in de posities van sterren kunnen wijzen op de aanwezigheid van een zware Jupiter-achtige planeet in een wijde omloopbaan. Naar schatting zal Gaia minstens tienduizend nieuwe planetenstelsels vinden; vele daarvan zullen waarschijnlijk op ons zonnestelsel lijken.

Tegen die tijd hebben statistische studies al lang plaatsgemaakt voor detailonderzoek. Dat zie je nu al gebeuren, vertelt planeetonderzoekster Daphne Stam van de TU Delft, een van de teamleiders van een nieuw planeten- en exoplanetenprogramma van onderzoeksfinancier NWO. 'Kepler was echt fantastisch voor de statistiek', zegt Stam, 'maar er komt nu steeds meer aandacht voor het karakteriseren van individuele planeten: hebben ze een dampkring, waar bestaat die uit, komen er wolken in voor, enzovoort.' Haar Leidse collega Ignas Snellen - sinds 1 november hoogleraar in de observationele astrofysica - boekt daar met zijn onderzoeksgroep al veelbelovende resultaten mee, dankzij zeer gevoelige spectroscopen op grote aardse telescopen. Daarmee wordt het planeetlicht ontleed en zijn gassen in de dampkring te identificeren.

Stam verwacht veel van het deels Nederlandse Sphere-instrument, dat binnenkort in gebruik wordt genomen op de Europese Very Large Telescope in Chili. Daarmee zijn reuzenplaneten bij andere sterren echt in beeld te brengen, zodat er veel meer eigenschappen opgemeten kunnen worden. 'We weten nu dat bijna elke ster planeten heeft; dat maakt het wel makkelijker', zegt ze. 'Toen Sphere rond 2007 ontwikkeld werd, was dat nog helemaal niet bekend.'

Revolutie

En zo staan er nog veel meer projecten op de rails: de Amerikaanse ruimtetelescoop TESS, die op jacht gaat naar planeten bij heldere, nabijgelegen sterren; de Europese Espresso-spectrograaf, die kleine planeten als de aarde kan opsporen; Europese ruimtemissies met mooie namen als Cheops, Plato en Echo, voor detailonderzoek aan bekende exoplaneten, NASA's James Webb Space Telescope (de opvolger van Hubble), en natuurlijk monstertelescopen als de European Extremely Large Telescope.

Blijft de vraag wanneer die Tweede Aarde nou eindelijk wordt gevonden. Pepe is voorzichtig. 'Misschien pas in 2020, dankzij Espresso', zegt hij. 'Maar met een beetje geluk moet het ook mogelijk zijn met de huidige generatie instrumenten.' Natalie Batalha van het Kepler-team ziet het zonniger in. 'Steeds wanneer we een nieuwe update van de Kepler-catalogus publiceren, zitten er meer kleine planeten in', zegt ze. 'En er moeten nog veel meetgegevens geanalyseerd worden. Ik verwacht dat we binnen een paar jaar beet hebben.'

En dan? Op zoek naar zogeheten biomarkers in de dampkring natuurlijk - stoffen zoals zuurstof, ozon en methaan, die wijzen op biologische activiteit op het planeetoppervlak. Speuren naar leven. Planeetonderzoekster Sara Seager van het Massachusetts Institute of Technology schreef het afgelopen zomer al in een themanummer van Science: 'Voor het eerst in de geschiedenis van de mensheid zijn we in principe in staat om tekenen van leven te vinden op andere werelden.' Dan moet wel alles meezitten - het lukt bijvoorbeeld alleen bij planeten die niet veel verder weg staan dan tien of vijftien lichtjaar - maar het zóu rond 2030 zover kunnen zijn, misschien dankzij een compleet nieuwe generatie van kolossale ruimtetelescopen.

'We staan aan de vooravond van de derde revolutie in het menselijk denken over onze plek in het heelal', aldus Ignas Snellen gistermiddag in zijn inaugurele rede als hoogleraar in het Leidse Academiegebouw. Snellen is ervan overtuigd dat de ontdekking van buitenaards leven, zelfs als het 'slechts' om micro-organismen zou gaan, op termijn van grote invloed is op het menselijk zelfbeeld, net als dat het geval was bij Galileo en Darwin. 'Zoiets kan tientallen jaren of zelfs enkele eeuwen duren', zegt hij, 'maar uiteindelijk heeft zo'n ontdekking een enorme impact.'

EXOPLANETENRECORDS

Dichtstbijzijnde (4,3 lichtjaar): Alfa Centauri Bb

Lichtste (even zwaar als de maan): Kepler-37b

Grootste (twee keer zo groot als Jupiter): HAT-P 32b

Heetste (7.000 graden): Kepler-70b

Kortste omlooptijd (5,8 uur): Kepler-70b

Langgerektste baan (excentriciteit 0,94): HD 80606b

Volste planetenstelsel (7 planeten): HD 10180

EN WE NOEMEN HEM...

Exoplaneten worden aangeduid met naam of nummer van de ster, gevolgd door de letter b (de letter a is gereserveerd voor de ster zelf). Sommige planeten hebben bijnamen gekregen: de eerst ontdekte exoplaneet, 51 Pegasi b, wordt bijvoorbeeld soms Bellerophon genoemd, naar de mythologische Griekse held die het gevleugelde paard Pegasus bereed. Via de particuliere organisatie Uwingu kun je namen voor exoplaneten voorstellen en erop stemmen; zo is de naam Albertus Alauda 'verkozen' voor exoplaneet Alfa Centauri Bb. Die namen worden echter niet officieel erkend door de Internationale Astronomische Unie (IAU). Eerder dit jaar besloot de IAU dat daar verandering in moet komen; men verwelkomt nu ook serieuze suggesties voor de naamgeving van exoplaneten.

undefined

Meer over