Astronomen berekenen ontstaan van de Oortwolk in chronologische volgorde

Oortwolk - artist impressie
Artist impressie van de Oortwolk. De dichtheid is overdreven. Credit: Pablo Carlos Budassi [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia
Een team van Leidse astronomen is erin geslaagd om de eerste 100 miljoen jaar van de Oortwolk in zijn geheel te berekenen. Tot nu toe waren slechts afzonderlijke delen van de geschiedenis bestudeerd. De wolk, met ongeveer 100 miljard komeetachtige objecten, vormt een enorme schil aan de rand van ons zonnestelsel. Het onderzoek van de Leidse astronomen wordt binnenkort gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.

De Oortwolk werd in 1950 ontdekt door de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort als verklaring waarom er nog steeds nieuwe kometen met langgerekte banen in ons zonnestelsel voorkomen. De wolk, die begint op een afstand van meer dan 300 keer de afstand tussen de Aarde en de Zon, moet niet worden verward met de Kuipergordel. Dit is de rand van gesteente, korrels en ijs waarin de dwergplaneet Pluto zich bevindt en de relatief dicht bij om de Zon draait op een afstand van ongeveer 30 tot 50 Astronomische Eenheden.

Losse gebeurtenissen aan elkaar geknoopt

Hoe de Oortwolk precies is ontstaan is tot nu toe een raadsel gebleven en dat komt doordat er een reeks gebeurtenissen heeft plaatsgevonden die een computer nauwelijks in zijn geheel kan reproduceren. Sommige processen duurden slechts enkele jaren en vonden plaats op relatief korte afstanden, vergelijkbaar met de afstand tussen de Aarde en de Zon. Andere processen duurden miljarden jaren en vonden plaats over lichtjaren, vergelijkbaar met afstanden tussen sterren. Volgens astronoom Simon Portegies Zwart loop je vast als je de hele reeks in een computer wil berekenen. Daarom werden er tot nu toe alleen afzonderlijke gebeurtenissen gesimuleerd.

De Leidse astronomen gingen, net als in eerdere onderzoeken, uit van aparte gebeurtenissen maar nieuw is dat ze de gebeurtenissen met elkaar konden verbinden. Zo gebruikten ze het eindresultaat van de eerste berekening als uitgangspunt voor de volgende berekening. Zo konden ze het hele ontstaan van de Oortwolk in kaart brengen.

Kometen van binnen en buiten het zonnestelsel

De Leidse simulaties bevestigen dat de Oortwolk een overblijfsel is van de protoplanetaire schijf van gas en puin waaruit het zonnestelsel zo’n 4,6 miljard jaar geleden ontstond. De komeetachtige objecten in de Oortwolk komen van ruwweg twee plaatsen in het heelal. Het eerste deel van de brokstukken en asteroïden zijn weggegooid door de reuzenplaneten. Een deel van het puin slaagde daar echter niet in en bevindt zich nog steeds in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. Een tweede populatie objecten, concludeerden de Leidse astronomen, is afkomstig van andere sterren. Toen de Zon net ontstond waren er ongeveer 1000 andere sterren in de buurt. De Oortwolk heeft mogelijk kometen gevangen die oorspronkelijk tot die andere sterren behoorden.

Daarnaast konden de Leidse astronomen meteen een aantal gebeurtenissen ontkrachten. Ze beweren bijvoorbeeld dat de Oortwolk relatief laat is gevormd. Dat wil zeggen nadat de Zon uit de groep sterren was geworpen waarin hij was ontstaan. Met hun simulaties verwerpen de astronomen ook de in 2005 naar voren gebrachte hypothese dat de Oortwolk een gevolg was van de migratie van de reuzenplaneten in het zonnestelsel. Deze hypothese, die weerlegt blijkt te zijn, zou ook de overmaat aan oude kraters op de Maan moeten verklaren.

Complex naar niet uniek

Met hun nieuwe berekeningen laten de astronomen zien dat de Oortwolk is ontstaan uit een soort kosmische samenzwering waarin nabije sterren, planeten en ons sterrenstelsel allemaal een rol spelen. Elk van de afzonderlijke processen alleen zou niet in staat zijn om de Oortwolk uit te leggen. Volgens Portegies Zwart heb je echt het samenspel en de juiste choreografie van alle processen samen nodig. En dat kan trouwens heel natuurlijk worden verklaard vanuit de geboorteomgeving van de Zon. Gus hoewel de Oortwolk ingewikkeld is ontstaan is ze waarschijnlijk niet uniek.

Simulatie van de eerste 2 miljoen jaar van het leven van een asteroïde. De asteroïde is ontstaan n de buurt van de grote planeten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Door herhaaldelijke interacties met deze zware planeten werd de asteroïde uiteindelijk naar de Oortwolk toe getrapt. Credit: Portegies Zwart et al.

Tijdens de berekeningen vroegen de astronomen zich regelmatig af hoe zo’n ingewikkeld proces eigenlijk kon ontstaan. Pas toen alle berekeningen klaar waren vielen ineens alle puzzelstukjes op hun plaats en zag het er allemaal heel natuurlijk en vanzelfsprekend uit. Volgens Portegies Zwart de mooiste aspecten van het wetenschapper zijn.

Artikel Oort cloud Ecology II: The chronology of the formation of the Oort cloud. Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics.

 

Eerste publicatie: 4 juni 2021
Bron: Nederlandse Onderzoeksschool Voor Astronomie