allesoversterrenkunde.nl: Het mysterie Planeet X, door Govert Schilling, 6 maart 2008.

Uit de oude doos…

allesoversterrenkunde.nl: Het mysterie Planeet X, door Govert Schilling, 6 maart 2008.

Er is iets vreemds gaande voorbij Neptunus. Pluto kan de oorzaak niet zijn: die is daar te onbeduidend voor. Tijd om de planetenjagers in het geweer te roepen.

Twee jaar geleden raakte het zonnestelsel een planeet kwijt: Pluto werd te onbeduidend geacht om nog langer een plaats te verdienen naast Mars, Jupiter en de rest, en werd gedegradeerd tot dwergplaneet. Na Pluto’s val in ongenade hielden we acht echte planeten over. Maar voor wat het zonnestelsel kwijtraakte, hoopt Patryk Lykawka een vervanger te vinden.

Lykawka, astronoom aan de Universiteit van Kobe in Japan, vermoedt dat er zich achter Pluto een negende planeet schuilhoudt ter grootte van de aarde. Totnutoe heeft niemand die ijskoude ‘super-Pluto’ nog weten te vinden, maar dat zal niet lang meer duren, hoopt Lykawka: ‘Binnen een jaar of vijf weten we zeker of hij bestaat.’

Lykawka is overtuigd geraakt van het bestaan van de planeet door een aantal raadselachtige kenmerken van de Kuipergordel, een ring van ijzig puin aan de buitenrand van het zonnestelsel, waarvan Pluto een van de grootste brokken is. Hij is overigens niet de enige die denkt dat er in die uithoek nóg een planeet moet ronddraaien. ‘Het idee is al een paar keer eerder geopperd in de literatuur’, aldus Renu Malhotra van de Universiteit van Arizona. ‘Maar Lykawka is grondiger te werk gegaan. Ik vind dat zijn idee aandacht verdient.’

Het bewijs voor Planeet X ligt in het gebied net voorbij Neptunus, wiens baan dertig maal zover van de zon weg ligt als die van de aarde. Dat is waar de Kuipergordel begint, genoemd naar de planeetvorser Gerard Kuiper, die in 1950 opperde dat dit gebied een gordel van puin zou moeten herbergen, een restant van de vorming van het zonnestelsel. Het eerste object in dit gebied werd in 1992 ontdekt door Dave Jewitt en Jane Luu, die aan het Mauna Kea Observatorium op Hawaï werkten. Sindsdien zijn er een dikke duizend objecten gevonden.

Hoewel de meeste van de nu bekende objecten in de Kuipergordel (KBOs, voor Kuiper Belt Objects) niet veel meer zijn dan ijzige blokken van een paar honderd kilometer doorsnee, zijn er ook van wel duizend kilometer groot. De grootste die totnutoe gevonden is – Eris – heeft een doorsnee van 2400 kilometer en heeft 27 procent meer massa dan Pluto. Het was na de ontdekking van dit object in 2005, door Mike Brown, Chad Trujillo en David Rabinowitz aan het Palomar Observatorium in Californië, dat de Internationale Astronomische Unie besloot dat de definitie van de term ‘planeet’ moest worden bijgesteld – met Pluto’s degradatie tot gevolg.

Ook al zijn ze weinig spectaculair, het waren deze bevroren klonten die de planeetjagers weer op het spoor zetten. De eerste aanwijzing is de onverwacht scherpe buitenrand van de Kuipergordel, zo’n vijftig astronomische eenheden (AE) van de zon vandaan (een AE is de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde, zo’n 150 miljoen kilometer). In dit gebied, dat de ‘Kuiperklif’ wordt genoemd, loopt het aantal KBO’s ineens razendsnel terug.

De tweede aanwijzing is dat de gordel zelf verschillende populaties van ijzige rotsblokken bevat die op zijn minst drie duidelijk onderscheiden baantypen beschrijven. Iets moet die structuur veroorzaakt hebben, aldus Lykawka, en dat ‘iets’ zou best wel eens Planeet X kunnen zijn.

Door de ringen van Saturnus weten we dat als een ring een scherpe, goed gedefinieerde buitenrand heeft, die waarschijnlijk veroorzaakt is door de uitwerking van de zwaartekracht van een groot object dat zich in een verder naar buiten gelegen baan bevindt. Zou een soortgelijk verschijnsel, maar dan op grote schaal, de Kuiperklif kunnen hebben veroorzaakt?

Lykawka heeft inmiddels met een computersimulatie laten zien dat een zware planeet dicht bij de Kuipergordel veel meer verstoring onder tal van andere objecten in de gordel zou veroorzaken dan in werkelijkheid het geval is. En dat is nog niet alles. Een deel van het ijzige puin in de Kuipergordel draait om de zon in de maat met Neptunus. Pluto is daarvan het belangrijkste voorbeeld. In de tijd dat Neptunus drie maal om de zon draait, trekt Pluto twee rondjes: hij is ‘in resonantie’ met de planeet. Lykawka heeft laten zien dat de zwaartekrachteffecten van een zware Planeet X op zo’n zestig AE’s van de zon, zoals anderen die hadden geponeerd, deze delicate stabiliteit in de omloopbanen grondig zou verstoren en veel minder resonante KBO’s zou overlaten dan er nu zijn. ‘Mijn simulaties hebben ook de onmogelijkheid aangetoond van een heleboel andere vormen van een Planeet X die zijn geopperd’, aldus Lykawka, die vorig jaar in Kobe promoveerde. ‘Geen van die modellen valt te rijmen met wat we weten over de dynamiek van de Kuipergordel.’

Desondanks bleef het idee van een niet-waargenomen buitenste planeet te verleidelijk voor Lykawka om de jacht dan maar te staken. Een nog verderweg gelegen Planeet X zou alsnog een aantal vreemde verschijnselen binnen de Kuipergordel kunnen verklaren, met inbegrip van het gedrag van een groep objecten in het hoofddeel van de gordel die in een uiterst langwerpige baan om de zon lopen onder een zeer afwijkende hoek.

Het afwijkende gedrag van een aantal lichamen nog verder weg dan het hoofddeel van de Kuipergordel vraagt al evenzeer om een verklaring. Neem Sedna, een object van meer dan duizend kilometer doorsnee, wiens uitgerekte baan hem 975 AE’s van de zon voert, voordat hij weer naar binnen trekt, naar 76 AE’s. Sedna is niet het enige ‘losgeraakte’ object – een object dat nooit bij Neptunus in de buurt komt. Zou één enkele Planeet X ze op hun opmerkelijke pad hebben kunnen zetten en tegelijkertijd ook de andere vreemde verschijnselen in de Kuipergordel kunnen verklaren?

Lykawka ging samen met zijn collega Tadashi Mukai op zoek naar een antwoord. ‘Ik dacht dat dat niet zo moeilijk zou zijn’, zegt hij, ‘maar dat viel tegen.’

Met behulp van heel zware computersimulaties berekenden de twee de baan die Planeet X zou hebben moeten volgen om al de bekende eigenschappen van de Kuipergordel te kunnen teweegbrengen. Toonaangevende theorieën over de begindagen van het zonnestelsel stellen dat er veel dichter bij de zon tientallen embryonale planeten zijn ontstaan uit het botsen en samenklonteren van tal van kleinere objecten. De meeste van deze objecten ter grootte van de Aarde of Mars klonterden weer verder samen tot de reuzenplaneten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus, die uiteindelijk wegtrokken uit hun geboorteplaats in de buurt van de zon. Interacties met de zwaartekracht van deze piepjonge reuzen zou andere objecten – waaronder de Planeet X van Lykawka en Mukai – in verre banen hebben geworpen. Volgens hun model is Planeet X door Neptunus in een langgerekte baan gedreven in de buitenste regionen van het zonnestelsel. Eenmaal daar gearriveerd, rakelde zijn zwaartekracht de Kuipergordel op en veegde uit een deel daarvan alle puin weg, daarmee de Kuiperklif creërend.

Ook de tweede stap in de geschiedenis van de baan die Lykawka en Mukai voor hun Planeet X voor zich zien, is geworteld in gevestigde theorieën op het gebied van de migratie van planeten. Tientallen miljoenen jaren na het ontstaan van Neptunus dreef de reuzenplaneet door de interactie van zijn zwaartekracht met het puin in de buitenste regionen van het zonnestelsel langzaam naar buiten. Tijdens zijn tocht ving hij KBO’s in en duwde die voor zich uit in resonante banen. Dit mechanisme wordt nu algemeen gezien als de beste verklaring voor het bestaan van grote populaties van KBO’s, met inbegrip van Pluto, die resonant zijn met Neptunus.

Als we Lykawka mogen geloven, dreef de migratie van Neptunus Planeet X in een verre, resonante baan. Toen hij zich in een baan had gevestigd van gemiddeld 100 tot 170 AE’s vanaf de zon, was Planeet X ver genoeg weg om alle andere resonante objecten ongemoeid te laten, en nog wel zo dichtbij dat zijn zwaartekracht de losgeraakte groep van objecten als Sedna kon creëren..

Kan de planeet van Lykawka en Mukai de architectuur van de Kuipergordel verklaren? ‘Vanuit dynamisch gezichtspunt kan het’, zegt Renu Malhotra, expert op het gebied van de migratie van planeten. ‘Het concept dat zij voorstellen is niet helemaal zonder problemen, maar het heeft een aantal sterke punten. Ik voel heel veel voor dit idee.’

Andere dynamici hebben meer kritiek. Toen Lykawka vorig jaar oktober zijn idee presenteerde op de jaarvergadering van de afdeling Planeetwetenschap van de Amerikaanse Astronomische Vereniging deed Alessandro Morbidelli van het Côte d’Azur Observatorium in Nice het hele idee af als ‘bedacht’: ‘Wat Lykawka er niet bij heeft verteld, is dat hij het gedrag van de planeet voegt naar wat hij nodig heeft.’ Morbidelli’s collega van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, is het daar mee eens: ‘Lykawka beeldhouwt de Kuipergordel door zijn planeet met de hand rond te schuiven. Ik geloof er niets van dat het gebeurd kan zijn op de manier die hij poneert.’

Levison wijst het idee dat een planeet met half de massa van de aarde de Kuipergordel zou hebben vormgegeven als ‘onnatuurkundig’ van de hand. Dan zou er een reactie zijn gekomen van de gigantische ring van ijzig puin, zegt hij, die Planeet X zou hebben weggetrokken uit de baan die Lykawka en Mukai voorspellen, naar een veel meer naar binnen gelegen baan, waarin het object inmiddels zou zijn ontdekt. ‘De planeet zou in een cirkelvormige baan terechtkomen op minder dan zeven miljard kilometer (50 AE) van de zon’, aldus Levison.

Lykawka laat zich door alle kritiek niet van de wijs brengen: ‘Diverse van hun opmerkingen zijn prematuur, te kritisch en niet evenwichtig’, zegt hij. ‘Ik ben nóg realistischer simulaties aan het voorbereiden om dit in meer detail te kunnen bestuderen.’

Bestaat Planeet X echt? Mike Brown, de ontdekker van Eris, wijst erop dat zijn jacht op grote KBO’s verre van voltooid is: ‘Kan het dat Lykawka’s planeet daar ergens ronddoolt en dat we hem hebben gemist? Kan makkelijk’, zegt hij. Dat vindt Dave Jewitt ook: ‘Er is zo weinig systematisch onderzoek van de sterrenhemel, dat je wat dan ook in de buitenste regionen van het zonnestelsel zou kunnen stoppen en we zouden het totnutoe niet hebben gevonden.’

Meer uitgebreid onderzoek dat op stapel staat moet aan deze onzekerheden een einde maken. Gevoelige groothoektelescopen als de Pan-STARRS op Hawaï, de Discovery Channel Telescope in Arizona en de Large Synoptic Survey Telescope in Chili gaan binnenkort de hemel afzoeken, waarbij alle hoeken en gaten zullen worden aangedaan.

‘Ik ben altijd een groot voorstander geweest van theorieën als die van Lykawka’, zegt Brown, ‘Eenvoudigweg omdat ze de hoop levend houden dat we daarginds nog eens iets heel groots gaan vinden. Maar als grote onderzoeksprojecten als Pan-STARRS zoiets niet gaan opleveren, denk ik dat we het idee moeten laten varen.’

Zoals altijd zijn het ook nu weer de waarnemers die het laatste oordeel zullen uitspreken. ‘Als we eenmaal de hele hemel op de juiste wijze hebben afgezocht, zullen we weten of dit Marsachtige lichaam bestaat in het soort baan dat Lykawka beschrijft’, aldus Jewitt. ‘En daarmee is dan de kous af. Einde verhaal.’

[Dit is een ingekorte en door Chris Sprangers vertaalde versie van een artikel dat eerder gepubliceerd werd in New
Scientist
]

© Govert Schilling

Lees ook: ‘Planeet X zit tussen de oren’

http://allesoversterrenkunde.nl/actueel/artikelen/_detail/gli/planeet-x-zit-tussen-de-oren/

Bron:

http://allesoversterrenkunde.nl/actueel/artikelen/_detail/gli/het-mysterie-planeet-x/

Geplaatst 17 mei 2018

Advertenties