Heeft passerende ster uiterlijk van ons zonnestelsel bepaald?

ontstaan van ons zonnestelsel
Artist impression van het ontstaan van een zonnestelsel uit de protoplanetaire schijf die een ster omringd. © NASA JPL-Caltech

Het zonnestelsel is ontstaan uit een protoplanetaire schijf van gas en stof. Omdat de gezamenlijke massa van alle objecten voorbij de baan van Neptunus veel kleiner is dan verwacht en de banen van de daar aanwezige objecten veelal een grote inclinatie hebben en sterk excentrisch zijn vermoedt men dat een proces verantwoordelijk is voor de vormgeving van de buitenste delen van het zonnestelsel na zijn ontstaan. Suzanne Pfalzner van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn en haar collega’s hebben onderzoek gedaan en tonen in dit onderzoek aan dat een nauwe scheervlucht van een ster gelijktijdig kan leiden tot de waargenomen lagere massa dichtheid in de buitenste delen van het zonnestelsel en objecten kan doen verplaatsten naar excentrische banen met een grote inclinatie. Hun computersimulaties tonen aan dat er nog veel objecten zijn met een grote inclinatie die we niet kennen. Mogelijk behoort de veel besproken planeet X daar ook toe.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift “The Astrophysical Journal”.

Een bijna-ramp heeft enkele miljarden jaren geleden mogelijk het uiterlijk van de buitenste delen van het zonnestelsel bepaald waarbij de binnenste delen daar vermoedelijk weinig van hebben gemerkt. Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn en hun collega’s ontdekten dat een scheervlucht van een andere ster kan verklaren waarom we bepaalde zaken waarnemen in de buitenste delen van het zonnestelsel. De onderzoeksgroep heeft jarenlang gekeken naar wat scheervluchten kunnen aanrichten bij andere planetensystemen maar ze hadden zich nooit gerealiseerd dat we zelf ook in een dergelijk systeem zouden kunnen leven. Volgens Susanne Pfalzner, de hoofdauteur van het artikel ligt de schoonheid van het model in zijn eenvoud.

Het basisscenario over het ontstaan van het zonnestelsel is al een hele tijd bekend: onze Zon is ontstaan uit een ineenstortende wolk van gas en stof. Tijdens dat proces werd een platte schijf gevormd waar niet alleen de grote planeten uit zijn ontstaan maar ook de kleinere objecten zoals asteroïden, dwergplaneten etc. Als gevolg van de vlakke schijf zou men verwachten dat de planeten allemaal in hetzelfde vlak om de Zon draaien of er moet later iets serieus zijn gebeurd. Als we het zonnestelsel bekijken tot aan de baan van Neptunus dan is alles in orde; de planeten bewegen allemaal in redelijk cirkelvormige banen en hun baaninclinaties variëren maar een beetje. Echter, voorbij de baan van Neptunus wordt het allemaal een beetje rommeliger. De grootste puzzel is de dwergplaneet Sedna die een sterk excentrische baan volgt met een grote inclinatie en die zo ver weg is dat dit niet kan zijn veroorzaakt door de planeten.

Maar voorbij de baan van Neptunus gebeuren meer vreemde zaken. De gezamenlijke massa van alle objecten is ineens een factor drie lager en dat gebeurt op ongeveer dezelfde afstand als waar het zonnestelsel rommelig wordt. Het kan toeval zijn maar dergelijke toevalligheden zijn in de natuur erg zeldzaam.

Susanne Pfalzner en haar collega’s denken dat een ster onze Zon in een vroeg stadium is gepasseerd waarbij veel van het buitenste materiaal van de protoplanetaire schijf van de Zon werd “gestolen” en waarbij de restanten in excentrische banen met grote inclinaties terechtkwam. Ze hebben duizenden computersimulaties uitgevoerd om te zien wat er zou gebeuren als een ster op korte afstand passeert en de ooit grote planetaire schijf verstoort. De beste uitkomst was de situatie waarbij een ster met ongeveer dezelfde massa als de Zon of een beetje lichter (0,5 – 1 zonsmassa) ons zonnestelsel op een afstand van ongeveer 3 keer de afstand Zon – Neptunus passeerde.

Het meest verrast waren de onderzoekers over het feit dat de passage niet alleen de vreemde banen van objecten in de buitenste delen van het zonnestelsel verklaarde maar ook een hele normale verklaring gaf voor verschillende nog onverklaarde eigenschappen van ons zonnestelsel waaronder de massaverhouding tussen Neptunus en Uranus en het bestaan van twee gescheiden populaties van Kuipergordelobjecten.

De onderzoekers benadrukken dat het belangrijk is om alle opties om de structuur van de buitenste delen van het zonnestelsel te verklaren opengehouden moeten worden. Er zijn nog steeds te weinig gegevens voorhanden dus theorieën kunnen nog alle kanten op gaan. Er is een gevaar dat als een bepaalde theorie als de waarheid uitkristalliseert dit niet komt omdat het de gegevens beter verklaart maar door andere invloeden. Volgens de onderzoekers verklaart hun onderzoek heel veel van wat momenteel bekend is aan de hand van een eenvoudige passage van een ster.

De grote vraag is hoe waarschijnlijk een dergelijke gebeurtenis is. Tegenwoordig komen zelfs passages op enorme afstanden nog maar nauwelijks voor. Echter sterren zoals onze Zon ontstaan in grote groepen sterren die veel dichter bij elkaar staan. Onderlinge passages zijn dan veel waarschijnlijker dan tegenwoordig. Uitgaande van ander simulaties ontdekte het team dat de kans op een dergelijke passage 20-30% bedroeg tijdens het eerste miljard jaar van het bestaan van de Zon.

Er is geen sluitend bewijs dat de passage van een ster ervoor heeft gezorgd dat ons zonnestelsel aan de buitenkant rommelig is geworden maar een passage kan wel veel waarnemingen verklaren en lijkt realistisch. Tot nu toe is het de eenvoudigste verklaring en als eenvoud een teken is voor de validiteit van het model dan is dit de beste kandidaat tot nu toe.

Samengevat biedt het scenario van een nabije passage van een ster een realistisch alternatief voor andere modellen die het uiterlijk van de buitenste delen van het zonnestelsel proberen te verklaren. Het model moet als een optie worden beschouwd. De kracht van het model licht in de verklaring van verschillende kenmerken van de buitenste delen die door een enkel mechanisme verklaard kunnen worden.

Bron: Max Planck Instituut voor Radioastronomie

Eerste publicatie: 14 augustus 2018