planeetvorming

De superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk uit witgloeiende gesmolten zware metalen.

Superaarde bestaat uit gesmolten lood

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door / 29 april 2011

Stel je voor: een planeet met een oppervlakte van gesmolten lood. Astronomen hebben een zeer merkwaardig object gevonden: een superaarde die om een zonachtige ster draait in slechts anderhalve dag. Heel merkwaardig: de planeet is 60% groter dan de aarde, maar zo dicht als lood…

De superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk uit witgloeiende gesmolten zware metalen.
De superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk uit witgloeiende gesmolten zware metalen.

55 Cancri e, zoals de planeet onder astronomen bekend staat, staat maar op een paar miljoen kilometer afstand van de zonachtige ster 55 Cancri en wordt dus geblakerd door de felle straling. De planeet is vermoedelijk met 2700 graden zo heet, dat de atmosfeer al weggekookt moet zijn en de oppervlakte uit gesmolten mineralen en zware metalen zoals lood bestaat. Tot voor kort werd gedacht dat de planeet nooit langs de zon langs zou trekken, maar dat blijkt niet te kloppen. Uit de vermindering in helderheid is berekend dat de planeet een in verhouding zeer kleine radius moet hebben. Uit sterschommelingen was al eerder bekend dat de planeet acht keer zo zwaar is als de aarde. Wanneer de kleine doorsnede en de grote massa worden gecombineerd, blijkt dat de planeet twee keer zo dicht is als de aarde en hiermee de dichtste exoplaneet ooit gevonden.

De superaarde heeft een massa per liter van tien kilogram, te vergelijken met die van lood. Het gaat hier om een gemiddelde waarde. Vermoedelijk is de planeet rijk aan nog zwaardere metalen, zoals wolfraam, uranium en thorium.

Er zijn al verschillende verklaringen bedacht voor dit merkwaardige object, maar geen van allen zijn ze erg bevredigend. Het zou een compleet drooggekookte gasreus kunnen zijn, maar van andere zogeheten hete Jupiters is bekend dat hun zwaartekracht voldoende is om zwaardere gassen vast te houden. Misschien dat een nog grotere superaarde door de getijdekrachten van de ster uit elkaar is gesloopt en dat daardoor de gesmolten zware kern over is gebleven. Tenslotte kan het zo zijn dat bij de vorming van het planetenstelsel de lichtere elementen weggekookt zijn.

Bronnen
University of British Columbia

Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.

‘Donkere materie maakt leven mogelijk in centrum Melkweg’

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 31 maart 2011

Volgens astronomische waarnemingen bevat het Melkwegstelsel, net als de meeste andere melkwegstelsels, veel meer donkere materie dan zichtbare (baryonische) materie. In het centrum van de melkweg is veel meer donkere materie dan verder weg. Zou deze donkere materie voldoende dicht zijn om een zwerfplaneet op te warmen?

Donkere materie
Het buitenste deel van melkwegstelsels draait veel sneller dan de rest van het stelsel. Daar zijn verschillende verklaringen voor te verzinnen, maar op dit moment is onder astronomen vooral donkere materie populair: een onzichtbare vorm van materie die dwars door normale materie heen kan vliegen en waar we alleen wat van merken door de zwaartekrachtseffecten.

Er zijn al uitgebreide kaarten samengesteld van de verdeling van donkere materie in onder andere ons eigen melkwegstelsel.

Donkere materie als energiebron
Interessant is, blijkt uit sommige modellen, dat donkere materie planeten sterk kan verhitten.

Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.
Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.

Het idee is dat heel af en toe een donkere-materie deeltje in wisselwerking treedt met normale materie. Hier op aarde leven we in de buitenwijken van de Melkweg en is er nauwelijks donkere materie. Het effect hier is dus beperkt, schatten de auteurs: 1 megawatt, volkomen verwaarloosbaar met de honderd miljard megawatt die de zon instraalt.

In het centrum van de Melkweg, vooral in superaardes op minder dan enkele tientallen lichtjaren afstand van  het (vermoedelijke) zwarte gat Sagittarius A*, waar de concentratie donkere materie tientallen miljoenen malen hoger is dan hier, zou dit effect wel sterk merkbaar zijn. In extreme gevallen kan deze verhitting zelfs groter zijn dan de hoeveelheid energie die een planeet als de aarde van de zon krijgt. Klopt dit, dan zouden levensvormen die op een dergelijke planeet leven, geen behoefte hebben aan een ster maar hun energie kunnen aftappen uit het gloeiend hete binnenste van de planeet. Een zwerfplaneet met een eigen energiecentrale dus. Dit zou het mogelijke domein voor leven enorm uitbreiden. Een dergelijke planeet zou mogelijk bedekt zijn met een dikke ijslaag, maar een gloeiend heet binnenste hebben. Enorme wormen zouden zich kunnen voeden met de bacteriën die leven van de voortdurende uitstoot van roodgloeiende vulkanische bronnen, zoals hier op aarde in de diepzee.

Overleven op donkere materie
De bedenkers van deze theorie, de deeltjesfysici Dan Hooper and Jason Steffen van Fermilab in Batavia, Illinois, gaan nog veel verder. In de heel verre toekomst, duizenden miljarden jaren na nu, zijn alle sterren uitgebrand. Levensvormen die het tot dan toe uit hebben gehouden, zouden kunnen leven van de zwakke gloed die de  vernietiging van donkere materie oplevert. Vergevorderde beschavingen zouden het nbog heel lang kunnen volhouden door deze zwakke warmte te oogsten. Omgekeerd kan deze enorme hitte ook planeten in het centrum van de Melkweg onleefbaar maken. Collega’s van Hooper en Steffen noemen de ideeën interessant en creatief, maar denken dat het lastig is om deze effecten aan te tonen. Sagittarius A* ligt immers op zo’n 25 000 lichtjaar van ons vandaan. Objecten ter grootte van een planeet vinden op deze afstand is met de huidige technologie onmogelijk. Mogelijk kan wel worden gecontroleerd of objecten als bruine dwergen of dwergsterren ander astrofysisch gedrag vertonen omdat hun energiebudget verschilt.

Bronnen
New Scientist
Arxiv.org

De beroemde ringen van Saturnus zijn vermoedelijk afkomstig van een door Saturnus uit elkaar getrokken maan.

Ringen Saturnus ontstaan door gecrashde maan

2 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 15 december 2010

Volgens berekeningen van wetenschappers blijken de ringen ontstaan door de vernietiging van een maan ter grootte van de Saturnusmaan Titan, 5000 km doorsnede.

Volgens de berekeningen vond de ramp 4,5 miljard jaar geleden plaats, vlak na het ontstaan van de aarde.
De ringen en de ijsmaantjes in het ringenstelsel zijn het overblijfsel van de ijsachtige schil. De rotsige kern werd opgeslokt door Saturnus.

De beroemde ringen van Saturnus zijn vermoedelijk afkomstig van een door Saturnus uit elkaar getrokken maan.
De beroemde ringen van Saturnus zijn vermoedelijk afkomstig van een door Saturnus uit elkaar getrokken maan.

De maan werd afgeremd door de toen nog aanwezige gasenvelop rond Saturnus en bewoog naar binnen. De getijdekrachten, die op aarde eb en vloed veroorzaken, kneedden de maan tot het ijs smolt. Na ongeveer tienduizend jaar bereikte de maan het punt, de Roche-limiet, waarop de getijdekrachten zo sterk werden dat de maan in stukken gebroken wordt. De ijsfragmenten en het gesmolten water werden langzamerhand van de maan los getrokken en belandden in de ring, terwijl de zwaardere rotskern langer zijn samenhang behield en werd opgeslokt door de planeet.
De gasenvelop is ondertussen verdwenen: opgeslokt door Saturnus of weggeblazen door de zonnewind.

Deze nieuwe theorie verklaart waarom het ringenstelsel van Saturnus voor 95% uit ijs bestaat en niet voor een groot deel uit rots. Ook verklaart de theorie waarom zich dicht bij Saturnus ijsmaantjes vormden, terwijl manen die verder van de planeet staan veel rots bevatten.
De definitieve test van deze theorie volgt in 2011 als ruimtesonde Cassini de massa van de ringen gaat meten.

Bron: Nature

De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.

Voorouderster zaaide planetenzaden

Laat een reactie achter / Universum, Zonnestelsel / Door / 15 december 2010

Er is op dit moment nog geen enkele theorie die echt overtuigend verklaart waar de eerste planeten vandaan komen en hoe een stofwolk zich verdichtte. Het probleem dat keer op keer optreedt is de noodzakelijkheid van de aanwezigheid van condensatiekernen. Voor bijvoorbeeld regendruppels is hier niet veel voor nodig, elektromagnetische krachten (die verantwoordelijk zijn voor condensatie van water) zijn sterk.

De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.
De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.

Zwaartekrachts-condensatiekernen
Zwaartekracht is veel en veel zwakker, daarom moeten zwaartekrachtcondensatiekernen veel groter zijn: bij de temperaturen in een interstellaire stofwolk ongeveer zo groot als een grote planetoïde of kleine maan. Volgens de huidige theorieën zou condensatie beginnen bij zeer kleine stofjes. De meeste stofdeeltjes in interstellaire stofnevels zijn ongeveer zo groot als de golflengte van infraroodstraling: enkele micrometers  (duizendste millimeter). Volgens de theorie zouden eerst door elektromagnetische aantrekking, daarna door zwaartekrachtswerking de stofjes elkaar aantrekken.

De ‘missing link’ tussen stofjes en planetoïden ontbreekt
Het probleem met deze theorie: de zwaartekracht is voor kleine objecten veel te zwak. Zo is de zwaartekracht die twee menselijke lichamen op een meter afstand van elkaar uitoefenen ongeveer zo groot als het gewicht van een grote bacterie. Toch weten we uit de vervalsnelheid van radioactieve elementen zoals uranium en thorium dat de voorouderster van de zon niet al te lang geleden moet zijn ontploft en de stofwolk heeft geproduceerd. Iets moet er voor hebben gezorgd dat het proces van samensmelting veel sneller is gaan verlopen, dus de wolk hebben ingezaaid met grote zwaartekrachtskernen.

Een uitgebrande ster op het punt van ontploffen. In de buitenste schil wordt nog waterstof samengesmolten (gefuseerd) tot helium. Daarbinnen volgen helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en ijzer. Fusie van ijzer kost energie, dus stort de ster in elkaar, als gevolg stijgt de temperatuur weer enorm en ontstaat een verwoestende supernova.
Een uitgebrande ster op het punt van ontploffen. In de buitenste schil wordt nog waterstof samengesmolten (gefuseerd) tot helium. Daarbinnen volgen helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en ijzer. Fusie van ijzer kost energie, dus stort de ster in elkaar, als gevolg stijgt de temperatuur weer enorm en ontstaat een verwoestende supernova.

Het familieverhaal van de zon
Wellicht dat we hiervoor verder terug in de tijd moeten, om precies te zijn bij de ontploffing van de voorouder van de zon, een enorme zuurstofrijke O-ster. In vaktermen was dat een type IIa supernova. Als sterren van die grootte de geest geven, zijn ze opgebouwd uit concentrische schillen fusieproducten. Uit nieuwe computersimulaties en ook uit waarnemingen aan supernova 1987A blijkt dat de explosie van supernova’s een zeer chaotisch proces is.

Van de mooie concentrische schillen hiernaast blijft dan weinig over. Brokken schil, bijvoorbeeld de nikkel-ijzer kern en silicium-zuurstof in het midden, worden dan ver weg geslingerd.

Voorouder zon zaaide planetenzaden

Misschien verklaart dit waarom de aarde en Mercurius zo’n grote nikkel-ijzer kern hebben. Domweg een groot stuk ontplofte ster dat in de loop van miljoenen jaren andere brokstukken ster opgeslokt heeft. In sommige meteorieten is gesteente afkomstig van andere supernova’s aangetroffen.

Een ander groot raadsel wordt ook zo opgelost. Dit is waarschijnlijk de reden waarom de producten van het zogenaamde r-proces, een proces waarbij atoomkernen steeds weer neutronen invangen tot de neutronlimiet, zeg maar in een natuurlijke kernreactor zitten, niet waargenomen is bij supernova 1987a. Het r-proces is nodig om te verklaren waarom atoomkernen op aarde doorgaans dicht bij de maximale neutronenlimiet zitten.

Uiteraard merk je niets van die producten als die niet in de vorm van gas, maar massieve brokken sterkern rondzwerven. Zaden als het ware die zich later zullen ontwikkelen tot nieuwe planeten en sterren. Een hypothese die we nog niet in print hebben gezien.