Waarom rotsplaneten 'lichter' zijn dan hun moederster: een aanwijzing dat ze lijken op de aarde
De aarde bestaat niet uit precies dezelfde ingrediënten als de zon waaruit ons zonnestelsel ooit ontstond. Tijdens de vorming van onze planeet zijn lichte, vluchtige stoffen zoals zuurstof en zwavel grotendeels verdwenen, terwijl zware bouwstenen zoals ijzer en magnesium bleven zitten. Nieuw onderzoek laat zien dat andere rotsachtige planeten buiten ons zonnestelsel, exoplaneten, mogelijk hetzelfde proces hebben doorgemaakt.
Astronomen meten al langer iets geks: rotsplaneten rond verre sterren bevatten gemiddeld meer ijzer ten opzichte van silicium dan hun moederster. Lange tijd dachten wetenschappers dat dit kwam doordat deze planeten extra ijzer hadden opgepikt tijdens hun vorming, bijvoorbeeld door botsingen. Maar er is een tweede verklaring mogelijk: misschien verloren deze planeten juist hun lichte, vluchtige stoffen, precies zoals de aarde deed. Dat proces heet devolatilisatie.
Veertien planeten onderzocht
Een team onderzoekers bekeek 14 rotsachtige exoplaneten met een massa tussen de halve en tien keer de massa van de aarde. Van hun moedersterren was al bekend hoeveel ijzer, silicium, magnesium, zuurstof en zwavel ze bevatten, gemeten met spectroscopie, een techniek die het licht van een ster ontleedt om de chemische samenstelling te bepalen.
Met twee onafhankelijke rekenmodellen die de binnenkant van een planeet simuleren op basis van massa en straal, berekenden de onderzoekers hoeveel van elk element waarschijnlijk in de kern en mantel van deze planeten zit. Daarna vergeleken ze die verhoudingen met die van de moederster.
Het resultaat: bij 8 van de 14 planeten past de samenstelling bij het devolatilisatie-patroon dat we ook bij de aarde zien. Slechts bij één planeet is de verhouding tussen planeet en ster vrijwel identiek, zoals je zou verwachten als er geen vluchtige stoffen waren verdwenen. De twee verschillende rekenmodellen kwamen onafhankelijk van elkaar tot dezelfde conclusie, wat het resultaat extra betrouwbaar maakt.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is geen bewijs dat alle rotsplaneten precies zo zijn ontstaan als de aarde. De onderzoeksgroep is klein, slechts 14 planeten, en van maar weinig moedersterren is de chemische samenstelling nauwkeurig genoeg bekend. Ook zit er weinig variatie in de afstand van deze planeten tot hun ster, waardoor het lastig is om het patroon helemaal te begrijpen. De komende ruimtemissie PLATO moet veel meer van dit soort planeten in kaart brengen, tot op afstanden die overeenkomen met een omlooptijd van maximaal een jaar.
Waarom is dit belangrijk? De mate waarin een planeet lichte stoffen verliest, zegt iets over hoe de planeet is gevormd en hoe zijn binnenkant eruitziet. Dat raakt ook aan bewoonbaarheid: de verhouding tussen elementen in de mantel van een planeet beïnvloedt bijvoorbeeld welke gassen er kunnen ontsnappen en een atmosfeer vormen. Hoe meer we begrijpen over hoeveel planeten op de aarde lijken in dit opzicht, hoe beter we kunnen inschatten welke exoplaneten mogelijk geschikt zijn voor leven.