Astronomen hebben een uniek planetenstelsel geïdentificeerd rond een jonge ster, V1298 Tau, met daarin vier planeten met een opmerkelijk lage dichtheid. Deze werelden, die rond een 20 miljoen jaar oude ster draaien, hebben een dichtheid die vergelijkbaar is met die van polystyreen – een belangrijke bevinding die de mysteries zou kunnen ontsluiten van hoe de meest voorkomende soorten planetaire systemen in onze Melkweg vorm krijgen.
De ontbrekende schakel in de planetaire formatie
Jarenlang hebben astronomen talloze planetenstelsels ontdekt met planeten die groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus. Bijna al deze systemen draaien echter rond oudere sterren, waardoor het moeilijk wordt om het vormingsproces rechtstreeks waar te nemen. Het V1298 Tau-systeem biedt een zeldzame, realtime blik op een jonge versie van deze veel voorkomende planetaire configuraties.
‘We zien een jonge versie van een soort planetenstelsel dat we overal in de Melkweg zien’, legt Erik Petigura van de Universiteit van Californië, Los Angeles, uit. Deze ontdekking is belangrijk omdat het wetenschappers in staat stelt planetaire vorming te bestuderen zoals die gebeurt, in plaats van deze af te leiden uit volwassen systemen.
Hoe de ontdekking werd gedaan
Het systeem werd voor het eerst ontdekt in 2017, maar gedetailleerde observaties vergden vijf jaar nauwgezet werk met zowel telescopen in de ruimte als op de grond. Het team, onder leiding van John Livingston en Erik Petigura, volgde subtiele variaties in de timing van de baan van de planeten, veroorzaakt door zwaartekrachtinteracties tussen hen. Dankzij deze variaties konden ze de straal en massa van elke planeet met ongekende nauwkeurigheid berekenen.
Het proces verliep niet zonder uitdagingen. Het berekenen van de baan van de buitenste planeet vereiste goed giswerk; een misrekening had het hele onderzoek ongeldig kunnen maken. De schattingen van het team bleken echter opmerkelijk accuraat en bevestigden hun bevindingen.
De planeten zelf: opmerkelijk lage dichtheid
Uit de metingen bleek dat de planeten een uitzonderlijk lage dichtheid hebben, vergelijkbaar met piepschuim. Hun stralen variëren van vijf tot tien keer die van de aarde, terwijl hun massa slechts een paar keer groter is. Dit suggereert dat de planeten nog steeds samentrekken onder hun eigen zwaartekracht, en langzaam evolueren naar de compactere superaarde- of sub-Neptunus-afmetingen die gebruikelijk zijn in oudere systemen.
Orbitale resonantie en systeemstabiliteit
De planeten in V1298 Tau vertonen orbitale resonantie, wat betekent dat hun orbitale perioden wiskundig aan elkaar gerelateerd zijn. Deze regeling komt overeen met de heersende theorie over de vorming van planetaire systemen, waarbij systemen zich aanvankelijk in een dicht opeengepakte, resonante staat vormen voordat ze over miljarden jaren onstabiel worden.
Sean Raymond van de Universiteit van Bordeaux merkt op dat deze ontdekking een potentiële voorloper is van typische sub-Neptunus-systemen. Het bestuderen van zulke jonge systemen is notoir moeilijk, wat deze bevinding bijzonder waardevol maakt.
‘Dit ontdekte systeem van dichtbij gelegen planeten met een lagere massa die rond een zeer jonge ster draaien, vertegenwoordigt een potentiële voorloper van een typisch sub-Neptunus-systeem,’ zei Raymond.
Concluderend biedt het V1298 Tau-systeem een ongekende inkijk in de vroege stadia van planetaire vorming. De opmerkelijk lage dichtheid van deze jonge werelden biedt cruciale aanwijzingen om te begrijpen hoe de meest voorkomende soorten planetenstelsels in onze Melkweg tot stand komen, en overbrugt daarmee een kritische kloof in onze kennis van de exoplanetaire evolutie.
