Dit planetenstelsel danst al miljarden jaren op de maat van de zwaartekracht
Vier planeten die al miljarden jaren in een strak, herhalend ritme om hun ster draaien, zonder ooit uit de pas te raken. Dat klinkt als een onmogelijk precies uurwerk, maar in het planetenstelsel Kepler-223 gebeurt precies dit. Nieuw onderzoek laat zien dat dit systeem nog veel stabieler in elkaar zit dan wetenschappers dachten.
Kepler-223 is een ster op zo'n duizenden lichtjaren afstand van de aarde. Om deze ster draaien vier planeten die iets groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus. Deze planeten zijn ontdekt met de Kepler-ruimtetelescoop, die jarenlang sterren afspeurde naar de kleine lichtdip die ontstaat als een planeet er voor langs beweegt.
Een kosmisch ritme
Wat Kepler-223 zo bijzonder maakt, is dat de vier planeten in resonantie zijn. Dat betekent dat hun omlooptijden precies op elkaar zijn afgestemd, in de verhouding 3:4:6:8. Simpel gezegd: als de binnenste planeet acht rondjes om de ster heeft gemaakt, heeft de volgende er precies zes gedaan, de daaropvolgende vier en de buitenste drie. Dit is het eerste systeem waarin astronomen zo'n nauwkeurige viervoudige resonantie hebben bevestigd.
Zo'n resonantie is als kinderen die op verschillende schommels zitten, maar elkaar steeds op hetzelfde moment passeren. De zwaartekrachten van de planeten trekken voortdurend een beetje aan elkaar. Normaal zou je verwachten dat dit de banen na verloop van tijd verstoort. Maar in resonantie werken die kleine zetjes juist stabiliserend, als een soort ingebouwde correctie.
Dieper vergrendeld dan gedacht
Eerdere computermodellen van Kepler-223 hadden moeite om deze stabiliteit volledig te verklaren. Bepaalde wiskundige grootheden die de resonantie beschrijven, de zogeheten resonante hoeken, leken in sommige berekeningen niet stabiel te blijven "hangen" rond een vaste waarde, maar juist rond te draaien. Dat zou betekenen dat het systeem minder strak vergrendeld zit dan de waarnemingen suggereren.
Een onderzoeksteam heeft nu met zeer nauwkeurige computersimulaties, waarbij de bewegingen van alle planeten stap voor stap worden doorgerekend, opnieuw naar het systeem gekeken. Deze simulaties laten zien dat alle resonante hoeken wél stabiel blijven "hangen", en dat over zeer lange tijdschalen. Het systeem zit dus dieper vergrendeld dan eerder werd aangenomen.
De onderzoekers brachten ook in kaart binnen welke grenzen van baanvorm en baangrootte de planeten stabiel kunnen bewegen. Daaruit blijkt dat de planeten meer ruimte hebben om in een ovalere baan (een grotere excentriciteit) te bewegen dan eerder werd gedacht, zonder dat het systeem instabiel wordt. Voor de drie binnenste planeten komt dit goed overeen met bestaande wiskundige theorieën. Bij de buitenste planeet, Kepler-223e, is de stabiele zone echter breder dan die theorieën voorspellen. Dat wijst er volgens de onderzoekers op dat daar complexere krachten tussen meerdere planeten tegelijk meespelen.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is het werk van één onderzoeksteam, gebaseerd op computersimulaties. Het is geen nieuwe waarneming van het systeem zelf. De uitkomsten moeten nog worden getoetst aan nieuwe metingen en door andere onderzoeksgroepen worden nagerekend, vooral het opvallende gedrag van de buitenste planeet verdient verder onderzoek.
Dit soort onderzoek is meer dan een technisch detail. Resonante systemen als Kepler-223 zijn kostbare natuurlijke laboratoria: ze laten zien hoe planetenstelsels zich vormen en hoe ze miljarden jaren stabiel kunnen blijven. Hoe beter we deze mechanismen begrijpen, hoe beter we ook ons eigen zonnestelsel, en de kans op leefbare planeten elders, kunnen doorgronden.
Bron: The Dynamical Environment of Kepler-223 Planetary System