Kandidaat-planeet van de tweede generatie gevonden bij een witte dwerg

Een cold case in het Hubble-archief

HS 0209+0832 is een witte dwerg op ongeveer 270 lichtjaar afstand: de blootliggende kern van een ster als de zon, waarvan de brandstof op is en die de buitenlagen heeft afgestoten. De witte dwerg is jong: na pas zo’n 5 miljoen jaar afkoelen is het oppervlak nog ongeveer 35.800 kelvin. De sterke zwaartekracht laat helium en zwaardere elementen binnen enkele maanden onder het oppervlak wegzinken. Het helium en de metalen die daar te zien zijn, moeten dus nog steeds van buitenaf binnenkomen.

In een studie uit 2000 werden zeven elementen herkend in een ultraviolet spectrum dat Hubble op 10 januari 1999 had opgenomen. Ongeveer 100 lijnen pasten echter bij geen enkel bekend element, en waar de vervuiling vandaan kwam, bleef een raadsel. Jamie Williams van de Universiteit van Warwick en zijn collega’s hebben de gegevens opnieuw geanalyseerd met nieuwere tabellen van atomaire spectraallijnen, en de meeste van die lijnen herleid tot koper en niobium. Spectra die FUSE, een inmiddels buiten gebruik gestelde ultravioletsatelliet van NASA, in 2002 opnam, tonen dezelfde niobiumlijnen.

Wat is een planeet van de tweede generatie?

De aarde is een planeet van de eerste generatie, ontstaan uit de schijf van gas en stof die overbleef toen de zon werd gevormd. Een planeet van de tweede generatie ontstaat laat in het leven van een ster, uit materiaal dat die ster zelf heeft uitgestoten.

In de laatste reuzenfase (de asymptotische reuzentak, AGB) blaast een zonachtige ster de buitenlagen weg. Binnen in zulke sterren vangen atoomkernen één voor één neutronen in en bouwen zo langzaam elementen op die zwaarder zijn dan ijzer; sterrenkundigen noemen dit het s-proces (de s van slow, langzaam). Niobium is een van de producten daarvan. Een planeet die is opgebouwd uit materiaal dat een AGB-ster heeft uitgestoten, zou dus een overschot aan niobium moeten vertonen. Geen enkel bekend proces levert zo’n overschot op bij een planeet die rond een jonge ster is ontstaan.

Een eenzame ster die gelijkmatig massa verliest, laat waarschijnlijk geen schijf achter waarin planeten kunnen ontstaan. De auteurs denken daarom aan een nabije begeleider. Die zou door de opzwellende reus zijn opgeslokt en zo hebben geholpen het omhulsel van de reus weg te blazen; een deel van dat materiaal kan zich in een schijf hebben verzameld.

Het bewijs

• Te veel niobium. De verhouding tussen niobium en calcium is meer dan duizend keer zo groot als bij de zon, en in FUSE-spectra van 33 andere witte dwergen die puin hebben opgeslokt, is geen niobium te zien.
• Geen gesteente. Puin dat een witte dwerg vervuilt, is meestal rijk aan silicium en ijzer. Hier komt silicium alleen in sporen voor en is ijzer helemaal niet aangetroffen, dus is er minstens twee keer zoveel nikkel als ijzer; in de aarde als geheel is er ongeveer twintig keer zoveel ijzer als nikkel. Samen met het binnenstromende helium wijst dat op de atmosfeer van een reuzenplaneet.
• Een ritme van 4,4 dagen. De TESS-satelliet van NASA zag de ster elke 4,4 dagen 0,12% helderder en weer zwakker worden. Witte dwergen draaien doorgaans in ongeveer 30 uur één keer om hun as. Het team schrijft het tragere signaal daarom toe aan een hemellichaam dat op 6,6 miljoen kilometer afstand om de ster draait: een negende van de afstand tussen Mercurius en de zon.

Wat nog onzeker is en waar je kunt kijken

Niemand heeft de planeet gezien en de massa is onbekend; daarom spreekt het artikel van een kandidaat. TESS heeft de planeet nooit voor de ster langs zien trekken, en het signaal van 4,4 dagen is zwak: als je de vier waarneemperioden afzonderlijk analyseert, is het maar in twee ervan duidelijk te zien. Een gewone planeet kan met het sterlicht dat zijn dagzijde weerkaatst of opnieuw uitstraalt, alleen een schommeling van 0,12% veroorzaken als zijn diameter vier tot acht keer zo groot is als die van Jupiter. De auteurs stellen twee verklaringen voor: een jonge planeet waarvan de hete nachtzijde feller straalt dan de nevelige dagzijde, of een staart van ontsnappend gas, zoals bij een komeet, die wel tussen ons en de ster door trekt terwijl de planeet zelf dat niet doet.

Ook de chemie klopt niet helemaal: volgens modellen maken AGB-sterren naast niobium ook strontium, maar er is geen strontium gevonden.

HS 0209+0832 staat in de Walvis en heeft een rechte klimming van 2h 12m en een declinatie van +8° 47′. De ster is vanaf beide halfronden te zien en staat eind oktober midden in de nacht het hoogst: vanuit Amsterdam 46° boven de zuidelijke horizon, vanuit Kaapstad 47° boven de noordelijke. Met een magnitude van ongeveer 13,8 vind je hem alleen met een telescoop en een gedetailleerde zoekkaart, en ook dan is het een zwak puntje zoals elke andere ster. Geen enkele telescoop, ook Hubble niet, heeft de planeet zelf gezien: alles hier is afgeleid uit het licht van de ster.