Wetenschap
Planeetkannibalisme komt veel voor, zegt onderzoek naar kosmische tweelingen
Hoe stabiel zijn planetaire systemen? Zullen de aarde en haar zeven broers en zussen altijd doorgaan op hun stabiele hemelse pad, of kunnen we op een dag willekeurig uit ons kosmische huis worden verdreven?
Natuurkundigen begrijpen de regels die de banen van twee hemellichamen bepalen, maar zodra er een derde aan wordt toegevoegd (laat staan een vierde, vijfde of honderdste) wordt de dynamiek veel complexer. Er ontstaan onvoorspelbare instabiliteiten, waarbij een object willekeurig de ruimte in wordt geslingerd of in zijn gastster valt.
Het zogenaamde ‘drielichamenprobleem’ houdt wetenschappers al eeuwenlang bezig (en vormt recentelijk het uitgangspunt van een bestsellerreeks sciencefictionromans en een nieuwe Netflix-aanpassing). Eén obstakel om dit te begrijpen is dat we relatief weinig weten over hoe vaak dergelijke catastrofale instabiliteiten zich voordoen.
In een nieuwe studie gepubliceerd in Nature hebben wij en onze collega's enig licht op deze vraag geworpen. Uit een onderzoek naar nabije sterren hebben we ontdekt dat maar liefst één op de tientallen sterrenparen een planeet heeft opgeslokt, waarschijnlijk omdat de planeet een "wiebel" in zijn baan ontwikkelde en in de ster viel.
Een tweeling bestuderen
Uit ons onderzoek is gebleken dat minstens 8% van de sterrenparen in onze steekproef chemische afwijkingen vertonen, wat erop wijst dat één ster planetair materiaal heeft verzwolgen dat er ooit omheen draaide.
Om dit subtiele signaal te detecteren, moesten we andere mogelijke verklaringen voor deze chemische patronen uitsluiten. Daarom concentreerden we ons op 'tweelingsterren', waarvan bekend is dat ze tegelijkertijd uit dezelfde mix van materialen zijn ontstaan.
Deze aanpak kan verstorende factoren elimineren, net zoals onderzoeken naar tweelingen soms worden gebruikt in sociologisch of medisch onderzoek.
Het resultaat komt uit een onderzoek onder tweelingsterren genaamd C3PO, dat een van de auteurs (Ting) in de VS heeft geïnitieerd, en waar Liu en anderen zich later bij hebben aangesloten.
Ons team heeft een voortreffelijke steekproef van spectroscopische gegevens verzameld van 91 paar tweelingsterren – vele malen groter dan vergelijkbare onderzoeken die in het verleden zijn uitgevoerd.
We ontdekten dat sommige sterren verschilden van hun tweelingen en een duidelijk chemisch patroon vertoonden met hogere hoeveelheden van bepaalde elementen zoals ijzer, nikkel en titanium in vergelijking met andere, zoals koolstof en zuurstof. Deze verschillen duiden op sterk bewijs dat de ster een planeet heeft ingenomen.
Instabiliteiten kunnen onverwacht vaak voorkomen
Als een gastster een of meer leden van een planetenstelsel overspoelt, duidt dit erop dat er enige instabiliteit in de dynamiek van het systeem moet hebben plaatsgevonden.
Simulaties suggereren dat dergelijke instabiliteit gebruikelijk kan zijn in het vroege leven van een planetenstelsel – de eerste 100 miljoen jaar of zo. Eventuele sporen van planeten die tijdens deze vroege periode zijn verzwolgen, zouden echter niet waarneembaar zijn in de sterren die we hebben waargenomen en die miljarden jaren oud zijn.
Dit suggereert dat de chemische afwijkingen die we zagen, werden veroorzaakt door recentere instabiliteiten, waardoor de sterren bepaalde planeten of planetair materiaal consumeerden.
Deze onthulling komt niet geheel onverwacht. Theoretici die de planetaire dynamiek bestuderen, waaronder onze co-auteur Bertram Bitsch, hebben opgemerkt dat het bekend is dat veel planetaire systemen onstabiel zijn, vooral onder systemen met een soort planeet die een ‘superaarde’ wordt genoemd – iets grotere planeten dan de aarde, maar veel kleiner. dan reuzen als Jupiter.
Systemen, waaronder een superaardse planeet, kunnen bijzonder onstabiel zijn. Het zwaartekrachtgevecht tussen de gastster en zijn massieve planeten kan instabiliteit veroorzaken.
Een delicaat evenwicht
Onze studie moedigt ons aan om onze plaats in het universum te heroverwegen. Hoewel we stabiliteit in ons zonnestelsel als vanzelfsprekend beschouwen, is dit misschien niet normaal in de hele kosmos.
Onze studie suggereert niet dat het waarschijnlijk is dat we dergelijke instabiliteiten in ons eigen zonnestelsel zullen zien. Zelfs met onze nieuwe resultaten is het echter belangrijk om te erkennen dat verzwelging en instabiliteit van de planeet nog steeds slechts in een minderheid van de gevallen voorkomt.
We hopen dat ons onderzoek meer mensen zal inspireren om planetaire systemen en hun relatie met hun gaststerren te bestuderen. Ons begrip van de dynamiek van systemen met meerdere lichamen is nog steeds zeer onvolledig.
Terwijl we de mysteries van de kosmos blijven onderzoeken, herinneren onderzoeken als deze ons aan het delicate evenwicht waardoor het leven op aarde kan gedijen en aan de potentiële kwetsbaarheid van ons kosmische thuis.