Wat is de Oort wolk?

Duizenden jaren lang hebben astronomen kometen dicht langs de Aarde zien reizen en de hemel zien verlichten. Door de eeuwen heen leidden deze waarnemingen tot vele vragen. Bijvoorbeeld: waar komen al deze kometen vandaan? En als het materiaal aan hun oppervlakte verdampt tijdens de nadering tot de Zon dan betekent dit dat ze vee verder weg moeten zijn ontstaan op een plek waar ze een groot deel van de tijd hebben doorgebracht.

De Oort wolk

Grafische weergave van de doorsnede van het zonnestelsel. De schaal is logaritmisch (credit: NASA)

Deze waarnemingen leidden tot de theorie dat er ver voorbij de Zon en de planeten een grote wolk materiaal moet zijn bestaande uit ijs en gesteente. Het bestaan van deze wolk, die nu bekend is als de Oort-wolk is nog steeds niet echt bewezen maar men neemt aan dat veel kort- en langperiodieke kometen uit dit gebied afkomstig zijn en astronomen hebben ondertussen een goed beeld van de structuur en de samenstelling van deze wolk. De Oort-wolk is vernoemd naar de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort die als eerste een min of meer compleet model opstelde.

Definitie

De Oort-wolk is een theoretische bolvormige wolk van voornamelijk ijsachtige planetesimalen die zich op een afstand van tot ongeveer 100.000 Astronomische Eenheden ( ± 2 lichtjaar) om de Zon bevindt. De Oort-wolk bevindt zich hiermee voorbij de heliosfeer van de Zon en bepaalt hiermee de grens tussen het zonnestelsel en het gebied waar de aantrekkingskracht van de Zon overheerst.

Net zoals de Kuiper-gordel is de Oort-wolk een reservoir van trans-Neptuniaanse objecten maar dan meer dan 1000 keer verder weg dan de Kuiper-gordel. Het idee van een wolk van ijsachtige planetesimalen werd in 1932 voor het eerst geopperd door de Estse astronoom Ernst Öpik die stelde dat lang-periodieke kometen afkomstig zouden zijn uit een wolk aan de grens van het zonnestelsel.

In 1950 werd dit idee nieuw leven ingeblazen door de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort die, onafhankelijk van Öpik, hetzelfde stelde om het gedrag van lang-periodieke kometen te verklaren. Ofschoon we de Oort-wolk nog niet rechtstreeks hebben kunnen waarnemen en bewijzen wordt dit idee wel algemeen geaccepteerd door de astronomische gemeenschap.

Structuur en samenstelling

Men denkt dat de Oort-wolk zich uitstrekt van 2000 tot 5000 Astronomische Eenheden tot ongeveer 50.000 Astronomische eenheden (0,79 lichtjaar) van de Zon ofschoon er ook astronomen zijn die de buitenste grens plaatsen bij 100.000 tot 200.000 Astronomische Eenheden (1,58 tot 3,16 lichtjaar). Men gaat er van uit dat de Oort-wolk uit twee gebieden bestaat; een bolvormige buitenste Oort-wolk en een ringvormige Oort-wolk (ook wel Hills-wolk genoemd) die zich uitstrekt van 2.000 tot 20.000 Astronomische Eenheden (0,03 tot 0,32 lichtjaar).

De buitenste Oort-wolk zou bestaan uit vele miljoenen objecten groter dan 1 kilometer en miljarden objecten van ± 20 kilometer doorsnede. De totale massa is niet bekend maar wordt geschat op ongeveer 3 * 1025 kilogram oftewel vijfmaal de Aarde. Deze schatting is gebaseerd op de aanname dat de komeet van Halley een doorsnee bewoner van de Oort-wolk is.

De Oortwolk en de Kuipegordel

Grafische weergave van de Oort Wolk en de Kuiper Gordel (NASA)

Gebaseerd op waarnemingen van passerende kometen bestaat het overgrote deel van de objecten in de Oort-Wolk uit bevroren vluchtige stoffen zoals water, methaan, ethaan, koolstofmonoxide, waterstofcyanide en ammoniak. Men denkt dat er ook asteroïden voorkomen in de Oort-wolk. Een theoretische berekening komt uit op 1-2% asteroïden.

Eerdere berekeningen kwamen uit op een massa van 380 Aardmassa’s maar toegenomen kennis over de grootte verdeling van lang-periodieke kometen heeft geleid tot een lagere schatting. De massa van de binnenste Oort-wolk is nog onbekend. De inhoud van zowel de Kuipergordel als de Oort-wolk is bekend onder de noemer Kuiper-gordel objecten (of de Engelse uitdrukking KBO = Kuiper Belt Objects) omdat de banen van de objecten in beide gebieden zich ver buiten de baan van Neptunus bevinden.

Oorsprong

Men denkt dat de Oort-wolk een overblijfsel is van de originele protoplanetaire disk die ongeveer 4,5 miljard jaar geleden rond de Zon ontstond. De meest aangehangen theorie zegt dat de meeste objecten in de Oort-wolk veel dichter bij de Zon zijn ontstaan tijdens hetzelfde proces waaruit de planeten en de manen ontstonden maar dat ze onder de zwaartekrachtsinvloeden van de jonge gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus in extreem elliptische of zelfs parabole banen werden geschoten.

Recent onderzoek laat ook zien dat een groot deel van de objecten in de Oort-wolk mogelijk zijn ontstaan doordat er materiaal is uitgewisseld tussen onze Zon en zijn familie-sterren die uit dezelfde gaswolk zijn ontstaan. Er wordt tegenwoordig zelfs gesuggereerd dat de meeste objecten in de Oort-wolk zelfs helemaal niet in de buurt van de Zon zijn ontstaan zoals algemeen nog wordt aangenomen.

Er zijn computersimulaties uitgevoerd van de evolutie van de Oort-wolk vanaf het ontstaan van het zonnestelsel tot heden. Deze simulaties laten zien dat interacties door de zwaartekracht van andere nabije sterren de banen van kometen kan veranderen waardoor ze meer cirkelvormig worden. Deze simulaties bieden een verklaring waarom de buitenste Oort-wolk bijna bolvormig is terwijl de binnenste Hills-wolk die sterker aan de Zon is gebonden, nog niet bolvormig is.

Recente studies laten ook zien dat het ontstaan van de Oort-wolk past met de hypothese dat het zonnestelsel is ontstaan als deel van een groep van 200 tot 400 sterren. Deze jonge sterren speelden vermoedelijk een rol in het ontstaan van de wolk omdat het aantal nauwe passages van sterren binnen de groep vroeger veel groter was dan tegenwoordig waardoor er veel meer en sterkere verstoringen plaatsvonden dan nu.

Kometen

Men neemt aan dat kometen afkomstig zijn van twee gebieden in het zonnestelsel. Ze starten als planetesimalen in de Oort-wolk en worden daarna kometen als ze door passerende sterren uit hun baan worden geduwd en ze aan hun lang reis naar het binnenste van de Zon beginnen.

Kort-periodieke kometen hebben banen van 200 jaar of minder terwijl lang-periodieke kometen banen van meer dan 1000 jaar kunnen hebben. Men neemt aan dat kort-periodieke kometen afkomstig zijn uit de Kuiper-gordel en lang-periodieke kometen afkomstig zijn uit de Oort-wolk. Echter er zijn uitzonderingen op deze regel.

Zo zijn twee twee families van kort-periodieke kometen: de Jupiter familie van kometen en de Halley familie van kometen. Halley kometen, genoemd naar hun prototype de komeet van Halley, zijn ongewoon in het feit dat ze kort-periodiek zijn maar vermoedelijk uit de Oort-wolk afkomstig zijn. Uitgaande van hun huidige banen zijn ze vermoedelijk ooit lang-periodiek geweest maar zijn ze door de zwaartekracht van een gasreus ingevangen en naar de binnenste delen van het zonnestelsel gestuurd.

Verkenning

Omdat de Oort-wolk zich zo veel verder weg bevindt dan de Kuipergordel bleef het gebied lange tijd ongedocumenteerd en onbekend. Er is nog nooit een ruimteverkenner geweest en de Voyager 1, de verkenner die momenteel het verste weg van de Zon is, kan er waarschijnlijk helemaal geen informatie over de Oort-wolk verzamelen.

Met zijn huidige snelheid heeft de Voyager 1 nog 300 jaar nodig om de Oort-wolk te bereiken en nog eens 300.000 jaar om hem helemaal te doorkruisen. Rond 2025 zal het kernreactortje aan boord van de Voyager 1 te zwak zijn om de instrumenten nog van voldoende energie te kunnen voorzien. De andere 4 verkenners die momenteel het zonnestelsel aan het verlaten zijn, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11 en de New Horizons zullen ook niet meer functioneren tegen de tijd dat ze de Oort-wolk hebben bereikt.

De Oort-wolk verkennen levert dus grote problemen op. Door de grote afstand hebben onbemande verkenners enkele eeuwen nodig om het gebied te bereiken en tegen die tijd zijn de makers van het spul lang dood en heeft de mensheid nieuwe technologieën ontwikkeld

Op dit moment kunnen we de Oort-wolk alleen goed bestuderen door de kometen die er vandaan komen te onderzoeken. Wellicht kunnen krachtige telescopen de komende jaren ook nog interessante ontdekkingen opleveren. Het is een grote wolk, we weet wat er allemaal in gaan aantreffen…

Eerste publicatie: 18 augustus 2015