Webb Space Telescope ziet 2 exoplaneten rond dode sterren

Volgens astronomen biedt dit de eerste kans om te zien hoe een planetenstelsel eruit ziet nadat zijn ster is gestorven.

De Webb Space Telescope heeft al bewezen bedreven te zijn in het kijken naar het verleden door objecten op enorme afstanden in kaart te brengen, maar een nieuwe doorbraak heeft er mogelijk voor gezorgd dat het krachtige instrument zich bijna als een kristallen bol gedraagt, turend in de verre toekomst van het zonnestelsel.

De JWST voerde zijn voorspelling uit toen de telescoop een mogelijk zeldzame directe waarneming deed van twee exoplaneten die rond twee verschillende dode sterren, “witte dwergen”, draaien.

Niet alleen lijken de planeten sterk op de gasreuzen Jupiter en Saturnus in ons zonnestelsel, maar de witte dwergen dienen ook als analogen voor het lot van de Zon. Wanneer de Zon zelf in een witte dwerg verandert zal de verandering waarschijnlijk de planeten in het binnenste zonnestelsel vernietigen – helemaal tot aan Jupiter.

“Er zijn zeer weinig planeten gevonden rond witte dwergsterren. Het bijzondere aan deze twee kandidaat-planeten is dat ze qua temperatuur, leeftijd, massa en baanafstand meer lijken op planeten in ons buitenste zonnestelsel dan alle eerder gevonden planeten”, zegt Susan Mullaly, hoofdauteur van het onderzoek en astronoom bij het Space Telescope Science Institute. “Dit biedt onze eerste kans om te zien hoe een planetenstelsel eruit ziet nadat zijn ster is gestorven.”

Een momentopname van onze toekomst

De kandidaat-planeten werden rechtstreeks waargenomen door het Mid-Infrared Instrument (MIRI) van de Webb, terwijl ze in een baan om de witte dwergen WD 1202-232 en WD 2105-82 draaien. Eén kandidaat-exoplaneet bevindt zich op een afstand van zijn witte dwerggastheer die gelijk is aan ongeveer 11,5 keer de afstand Aarde – Zon. De andere kandidaat bevindt zich verder van zijn dode sterouder, op een afstand van ongeveer 34,5 keer de afstand Aarde – Zon.

De massa’s van de planeten zijn momenteel onzeker, waarbij Mullaly en collega’s schatten dat deze tussen de 1 en 7 keer groter zijn dan die van Jupiter, de zwaarste planeet in het zonnestelsel.

Wanneer de Zon haar brandstofvoorraad voor kernfusieprocessen in haar kern over ongeveer 5m miljard jaar heeft uitgeput, zal zij opzwellen als een rode reus. In de buitenste lagen zal kernfusie nog even doorgaan. Hierdoor zullen de buitenste lagen van onze ster reiken tot aan Mars en Mercurius, Venus, de Aarde en mogelijk zelfs mars zullen opslokken. Uiteindelijk zullen deze buitenste lagen afkoelen waardoor er een smeulende sterrenkern overblijft, nu een witte dwerg, omgeven door een planetaire nevel van  uitgestoten stellair materiaal.

Deze exoplaneetwaarnemingen duiden echter op wat er zou kunnen gebeuren met de planeten voorbij Mars, de gasreuzen Jupiter en Saturnus, als de Zon sterft.

“Er wordt verwacht dat onze Zon over vijf miljard jaar zal veranderen in een witte dwergster,” zegt Mullaly. “We verwachten dat planeten naar buiten drijven, in bredere banen, nadat een ster is gestorven. Dus als je de klok terugdraait op deze kandidaat-exoplaneten, zou je verwachten dat deze baanscheidingen hebben gehad die vergelijkbaar zijn met die van Jupiter en Saturnus.

“Als we deze planeten kunnen bevestigen, zullen ze direct bewijs leveren dat planeten als Jupiter en Saturnus de dood van hun gastster kunnen overleven.”

Bovendien zijn de witte dwergen die de kern vormen van deze ontdekking vervuild met elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, die astronomen “metalen” noemen. Dit zou kunnen duiden op wat er zal gebeuren met de objecten in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter nadat de Zon is gestorven.

“We vermoeden dat reuzenplaneten de metaalvervuiling veroorzaken door kometen en asteroïden naar het oppervlak van de sterren te sturen”, legt Mullaly uit. “Het bestaan van deze planeten versterkt het verband tussen de metaalvervuiling en planeten. Aangezien 25% tot 50% van de witte dwergen dit soort vervuiling vertonen betekent dit dat reuzenplaneten veel voorkomen rond witte dwergsterren.”

Als zodanig kunnen alle asteroïden die de dood van de Zon overleven door Jupiter en Saturnus gebruikt worden om de witte dwerg te bekogelen.

De dubbele ontdekking is indrukwekkender dan wat zij voorspelt voor de toekomst van ons planetenstelsel – het vertegenwoordigt ook eenvoudigweg een zeldzame wetenschappelijke prestatie.

Een zeldzame directe waarneming van exoplaneten

Sinds de ontdekking van de eerste exoplaneten halverwege de jaren ’90 hebben astronomen ongeveer 5000 werelden gevonden die rond sterren buiten het zonnestelsel draaien. Volgens de Planetary Society waren er in april 2020 slechts 50 van deze exoplaneten gevonden met directe beeldvorming. Dat komt omdat al het licht van een planeet op zulke grote afstanden gewoonlijk wordt overstraald door het intense licht van de moederster van die planeet, waardoor het direct waarnemen van een exoplaneet lijkt o het waarnemen van een vuurvliegje dat op de verlichte lamp van een vuurtoren zit.

Als gevolg hiervan worden exoplaneten meestal gezien aan de hand van het effect dat ze hebben op het licht van hun ster, hetzij door een dip in de lichtopbrengst te veroorzaken wanneer ze voorlangs de ster bewegen, of door een “wiebelende” beweging die ontstaat als de planeet door middel van zwaartekracht aan de ster trekt.

“We hebben deze twee exoplaneten rechtstreeks in beeld gebracht, wat betekent dat we een foto van hen hebben gemaakt en het licht zien dar door de planeet zelf wordt geproduceerd”, zei Mullaly. “De meeste exoplaneten die zijn gevonden, zijn ontdekt met behulp van de transitiemethode of door de beweging van de ster te meten. Deze indirecte methoden hebben de neiging planeten te bevoordelen die veel dichter bij de ster staan. Directe beeldvorming is beter in het vinden van planeten die verder van de ster zijn verwijderd, op bredere orbitale scheidingen.”

Ze legde uit dat de JWST, door deze planeten rechtstreeks waar te nemen, de mogelijkheid heeft geopend om deze werelden verder te bestuderen; wetenschappers kunnen nu beginnen met het onderzoeken van zaken als de samenstelling van de atmosfeer van de planeten en direct hun massa’s en temperaturen meten.

Mullaly voegde eraan toe dat niet alles wat zijn en haar team over deze exoplaneten ontdekten, werd verwacht, en dat deze eigenaardigheden de manier zouden kunnen veranderen waarop astronomen over dit soort exoplaneten in het algemeen denken.

Als alternatief kunnen de vreemde kenmerken van de beoogde werelden verleidelijke hints bieden in de richting van lang gezochte exomanen.

“Als dit planeten zijn, dan is het verrassend dat ze in het midden-infrarood niet zo rood zijn als we zouden verwachten. De hoeveelheid licht die door JWST wordt verzameld bij 5 en 7 micrometer is helderder dan we zouden verwachten voor beide exoplaneet-kandidaten gezien hun leeftijd en hoe helder ze zijn bij 15 micrometer,” concludeerde Mullaly. “Dit zou ons begrip van de fysica en chemie van de atmosfeer van exoplaneten op de proef kunnen stellen.

“Of misschien betekent het dat er een andere lichtbron is, zoals een verwarmde maan die in een baan om de planeet draait.”

Het onderzoek van het team is beschikbaar als voorpublicatie op de arXiv-preprintserver.

Eerste publicatie: 4 februari 2024
Bron: space.com & anderen