Sinds zijn bezoek aan Pluto vliegt ruimtesonde New Horizons door de ongerepte buitengebieden van het zonnestelsel. Daar ziet hij dingen die geen astronoom nog begrijpt. ‘Dit zet voor mij de boel echt op z’n kop.’
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
Toen Pluto-sonde New Horizons zijn doel voor het eerst haarscherp in beeld bracht, was dat wereldnieuws. Wat de mensheid tot 2015 kende als vaag lichtstipje, werd dankzij die beelden bijna tastbaar. Pluto was plots een heuse wéreld – een prachtig exemplaar, bovendien, met een hartvormige structuur van bevroren stikstof op het oppervlak.
‘Toch is dat bezoek aan Pluto eigenlijk het minst interessante dat New Horizons tot nog toe gedaan heeft’, zegt sterrenkundige Simon Portegies Zwart van de Universiteit Leiden, kenner van het zonnestelsel. ‘Wat de sonde daarna ging doen, is veel boeiender.’
New Horizons kreeg na Pluto een tweede leven en werd het eerste wetenschappelijke instrument dat langdurig kon zwerven door wat astronomen de Kuipergordel noemen, vernoemd naar de Nederlandse astronoom Gerard Kuiper, die het bestaan ervan in 1951 voor het eerst voorstelde.
De Kuipergordel is een onherbergzaam gebied aan de uiterste grens van het zonnestelsel, nog voorbij de verste planeet Neptunus. Het is een astronomisch terra incognita, vol zwevend gesteente, een plek van raadsels die raken aan alles van de geboorte van het zonnestelsel en de aarde tot de nog onbegrepen eigenschappen van het uitgestrekte heelal daarbuiten.
‘De Kuipergordel is een beetje als de diepzee’, zegt Portegies Zwart. ‘We weten dat hij bestaat, maar veel kennis hebben we er niet over en er onderzoek in doen is moeilijk.’
Astronomen vonden het gebied decennialang ‘gewoon niet zo sexy’, zegt Portegies Zwart. Het is voor telescopen die vanaf de aarde de kosmos in turen immers min of meer doorzichtig: de stenen buitelen zo ver uit elkaar door de gordel dat ze het zicht niet blokkeren.
Terwijl áchter de Kuipergordel zich het hele heelal ontvouwt, vol kolkende sterrenstelsels, betoverend kleurrijke nevels en indrukwekkende zwarte gaten. ‘Het is dan een beetje alsof je aan je keukentafel koffie drinkt en door het raam een prachtige tuin ziet, vol interessante bomen, bloemen en planten. Als je zo’n uitzicht hebt, waarom zou je dan in vredesnaam naar het ráám gaan kijken’, zegt Portegies Zwart.
Toch is de Kuipergordel, het raam in zijn analogie, juist machtig interessant, zegt hij. Het gebied staat dan ook steeds meer in de astronomische belangstelling. ‘Je vindt er antwoorden op vele vragen die je over de geschiedenis van het zonnestelsel kunt hebben. Over hoe de eerste planeten zijn samengebald, bijvoorbeeld, en de vraag of de grote gasplaneten van ons zonnestelsel in het diepe verleden van plek gewisseld zijn’, zegt hij.
We hebben daarom geluk dat New Horizons daar nu rondvliegt, vindt Portegies Zwart. Eerdere sondes die diep de kosmos in togen, zoals de twee Voyager-schepen die in de jaren zeventig vertrokken, vertoefden niet of maar heel kort in het baanvlak van de Kuipergordel. ‘New Horizons bevindt zich in de ideale omgeving om dingen te ontdekken die niemand nog weet.’
Wat astronomen dan al wél weten van de Kuipergordel? Vooral dit: het zit er vol kosmisch gesteente. Pluto, bijvoorbeeld, is slechts een van vele rotsblokken in de Kuipergordel, iets dat eraan bijdroeg dat hij van astronomen in 2005 het nieuwe label ‘dwergplaneet’ kreeg.
Sindsdien is de voormalige planeet nog slechts de grootste (met een diameter van ruim 2.300 kilometer) van een groepje dat verder verre werelden bevat als Orcus (diameter 910 kilometer), Haume (2.100 kilometer), Quaoar (1.200 kilometer) en Makemake (1.400 kilometer), plus talloze planetoïden, zoals astronomen dergelijke rotsblokken noemen, die anoniem en naamloos dobberen door het kosmisch duister.
New Horizons bezocht er daarvan naast Pluto nog een. Planetoïde Arrokoth, diameter 35 kilometer, werd al voor het bezoek aan Pluto door het team geïdentificeerd als interessante kandidaat voor een bezoekje. (Voor wie dat gevolgd heeft: Arrokoth heette destijds nog Ultima Thule, een werknaam.)
De planetoïde zag er een beetje uit als een platgeslagen sneeuwpop, zo bleek tijdens het bezoek eind 2018 en begin 2019, ze bestaat uit twee schijven, met de vorm van onderling verbonden (extreem grote) poffertjes.
Dat astronomen geïnteresseerd zijn in zo’n verre steenklomp, komt doordat planetoïden de overgebleven klonten zijn uit de beslagkom waarin Moeder Natuur de aarde en overige planeten kneedde. Omdat de objecten in de Kuipergordel sinds hun geboorte vanwege de grote afstand tot de zon bovendien maar een heel klein beetje verwarmd zijn, behoren ze tot de meest ongerepte materialen die resteren uit die oerperiode van ons kosmisch thuis.
De enorme bundel meetgegevens die New Horizons bij Arrokoth verzamelde, wordt nog altijd langzaam maar zeker terug naar aarde gezonden. Begin dit jaar suggereerden astronomen op basis van die gegevens bijvoorbeeld een nieuw vormingsmechanisme voor de planetoïde: kleine kosmische kiezeltjes die elkaar met zwaartekracht aantrekken en vervolgens beginnen te draaien, zodat daaruit dit soort poffertjesachtige structuren kunnen ontstaan.
‘Als de verzameling kiezeltjes draait, wordt het resultaat platter’, zei coauteur Anders Johansen daar in januari over tegen het Britse populairwetenschappelijke weekblad New Scientist. Een beetje zoals klei op een pottenbakkerswiel.
En hoewel zulke kennis van grote waarde is voor wie de geschiedenis van het zonnestelsel verder wil inkleuren, was het oorspronkelijke plan dat het bezoek aan Arrokoth voor New Horizons het laatste grote wapenfeit zou worden. Tenzij de sonde alsnog iets boeiends zou tegenkomen, natuurlijk.
Sindsdien vliegt New Horizons door de Kuipergordel in een modus die je nog het best kunt vergelijken met een soort technologische winterslaap. Op die manier heeft de sonde een afstand bereikt zo’n zestig maal verder van de zon dan de aarde. En op die duizelingwekkende afstand stuitte het enige nog operationele meetinstrument – een stofmeter – plotseling op iets dat niemand tot nog toe kan verklaren.
Om dat op waarde te kunnen schatten eerst even een stapje terug. Er is namelijk nog iets dat astronomen ondanks alle mysteries al jarenlang wél weten over de Kuipergordel: op een afstand grofweg vijftigmaal verder van de zon dan de aarde, op vijftig ‘astronomische eenheden’ (Astronomocal Units, au) zeggen sterrenkundigen dan ook wel, stopt de gordel plotseling.
‘Je ziet het met onze instrumenten in alle richtingen op 50 au: een messcherpe grens, waar alle planetoïden plots verdwijnen’, zegt Portegies Zwart. Die overgang staat onder astronomen ook wel bekend als de Kuiperklif.
Het is een punt waarop, zo speculeren sommige onderzoekers, wellicht ooit een andere ster passeerde en de buitenrand van ons zonnestelsel bruut afkapte. ‘Ik kan bijna niks anders bedenken dat zó’n scherpe rand zou veroorzaken’, zegt Portegies Zwart.
Dat die verklaring zo populair is, komt doordat je aan die scherpe rand op vijftig au nóg iets geks ziet: sommige planetoïden bevinden zich daar ineens een beetje buiten het vlak van de rest van de Kuipergordel. ‘Alsof je een soort langspeelplaat hebt waarvan de rand is kromgetrokken.’
Astronomen noemen die kromme rand ook wel de ‘scattered Kuiper belt’, vrij vertaald ‘de verstrooide Kuipergordel’, en die naam verraadt meteen de vermoedelijke ontstaansgeschiedenis. ‘We denken dat de planetoïden daar door de passage van iets uit de baan zijn geduwd.’
Samen met collega’s schreef Portegies Zwart in september in vakblad Nature Astronomy dat ze met computersimulaties hadden laten zien hoe de passage van zo’n ster moet zijn verlopen. Het zal een ster geweest zijn lichter dan de zon, noteerden ze, die passeerde op een afstand van slechts 16,5 miljard kilometer: 2.500 maal dichterbij dan de huidige dichtstbijzijnde ster.
Maar toen was daar plots die raadselachtige meting, zo meldde het onderzoeksteam van New Horizons eerder dit jaar in het vakblad The Astrophysical Research Letters. De stofmeter begon een stuk verderop, tussen 55 en 60 au, ineens meer stof te zien dan verwacht.
‘Dat zet voor mij de boel wel echt op z’n kop’, zegt Portegies Zwart. ‘Ik kan dit niet helemaal verklaren vanuit mijn huidige beeld van het zonnestelsel.’
Het euvel is dit: stof blijft niet zomaar op z’n plek hangen. Door de straling van de zon wordt het weggeblazen, het zonnestelsel uit – zélfs op afstanden zo diep in het kosmische als de Kuipergordel. ‘De enige manier waarop dan ergens toch stof aanwezig kan zijn, is als het vers wordt aangemaakt’, zegt Portegies Zwart.
En de enige manier die astronomen daarvoor kunnen bedenken, in een stuk van de ruimte waar verder niets noemenswaardigs is dat stof zou kunnen produceren? Botsende planetoïden. ‘Dat klinkt misschien wat gek: uit het stof aan het begin van het zonnestelsel klonterden ooit de planetoïden samen, en nu heb je die planetoïden weer nodig om stof te maken, maar zo circulair is het nu eenmaal. Het heelal is in zekere zin een soort kosmische recycle-machine voor stof’, zegt Portegies Zwart.
Alleen: de afstand waar New Horizons de toename in stof meet, ligt voorbij de scherpe grens rond 50 au, waar een ster de hele omgeving zou hebben schoongeveegd. Er kunnen daar, met andere woorden, geen planetoïden meer zijn.
En toch lijkt dat het geval. Ook een onderzoek waarbij men de objecten in de Kuipergordel in beeld bracht met de Subaru-telescoop in Hawaï, en waarvan de resultaten vorig jaar op een conferentie werden gepresenteerd, laten bijvoorbeeld meerdere objecten zien voorbij de grens op 50 au, al moet die analyse nog door andere wetenschappers worden gecontroleerd. Hoe kan dat?
Elke potentiële verklaring heeft meteen gevolgen voor wat we denken te weten over het zonnestelsel. Misschien, speculeerde New Horizons-onderzoeksleider Alan Stern in juni tegenover New Scientist, is het gewoon toeval. ‘Het zou kunnen dat de Kuipergordel net iets verder doorloopt op precies de plek waar de sonde nu vliegt’, al is ‘gewoon toeval’ voor wetenschappers een weinig bevredigende verklaring.
Een andere verklaring is dat de Kuipergordel veel verder doorloopt dan tot nog toe gedacht. Als deze doorloopt tot ruim 70 au, lijkt het zonnestelsel zelfs meer op wat astronomen rond verre sterren zien.
Al is die vergelijking niet helemaal eerlijk, zegt Portegies Zwart. ‘Vergelijkbare gordels rond andere sterren kunnen we alleen indirect zien, door oplichtend stof, want de planetoïden zelf zijn voor onze instrumenten onzichtbaar’, zegt hij. ‘Het zijn bovendien vaak jonge zonnestelsels. Dat betekent dat je niet zeker weet of al dat stof nog overgebleven is van de vorming van dat stelsel, of afkomstig is van de botsing van planetoïden.’
Als de Kuipergordel echt verder doorloopt dan gedacht, is het zonnestelsel groter dan astronomen decennialang voor mogelijk hielden. Het einde van de gordel is namelijk een van een handvol opties die astronomen hanteren om de grens van het zonnestelsel te markeren.
In plaats van de Kuipergordel leggen anderen die grens bij de hypothetische Oortwolk, een collectie ijskoude ruimtestenen waarvan het bestaan werd verondersteld door de beroemde Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort. De Oortwolk zou zich ergens tussen de 3.000 en 10.000 au van de zon moeten bevinden.
Weer anderen leggen de grens bij de heliosfeer, waarbinnen de zonnewind sterker is dan de straling uit de omringende kosmos. Die definitie wordt vaak gebruikt om te stellen dat ruimtesondes Voyager 1 en 2, zo’n halve eeuw geleden gelanceerd, inmiddels het zonnestelsel hebben verlaten.
Waar je de grens ook trekt, zeker is dat de metingen van New Horizons bewijzen dat we de buitengebieden van het zonnestelsel nog minder goed kennen dan gedacht. Wellicht, zo speculeren sommige astronomen, ligt achter de Kuipergordel zelfs wel een tot nog toe geheel onbekende tweede Kuipergordel.
Dat zou een enorme ontdekking zijn, zeggen experts. ‘Het zou ons dwingen om veel van de eigenschappen in de regio voorbij Neptunus én onze kennis over het ontstaan van het zonnestelsel te heroverwegen’, zei astronoom Pedro Bernardinelli van de Universiteit van Washington daarover tegen New Scientist.
Volgens Portegies Zwart zou het best kunnen. ‘Ik zou in elk geval eerder een tweede ring verwachten dan dat de Kuipergordel zomaar doorloopt’, zegt hij.
Toch, waarschuwt hij: we moeten niet te hard van stapel lopen. ‘We weten nog zo verdraaid weinig van dit gebied. De Kuipergordel doorgronden is een beetje alsof je de Negende Symfonie van Beethoven wilt begrijpen, terwijl je maar twee tonen hoort.’
Dat weerhoudt wetenschappers er overigens niet van om volop te speculeren. Zo schreven onderzoekers in oktober in het vakblad The Astrophysical Journal Letters dat de onverwachte stoftoename ook best het gevolg zou kunnen zijn van een supernova-explosie die plaatsvond in de buurt van het zonnestelsel.
Zo’n naar kosmische maatstaven relatief recente ster-explosie kan het stof uit het zonnestelsel een fikse zwiep hebben gegeven, het meeste zelfs eruit hebben geblazen, terwijl op sommige plekken ophopingen ontstonden. Misschien, speculeren de onderzoekers, vliegt de sonde nu precies door zo’n gebied.
Portegies Zwart kijkt voor het aanvullen van de symfonie en het finale oordeel over al dit soort mogelijke verklaringen toch vooral vooruit. Naar nieuwe instrumenten.
‘Ik verwacht persoonlijk veel van het Vera Rubin-observatorium’, zegt hij, over de telescoop die in aanbouw is op een bergtop in Chili.
Zo zou de telescoop, waarvan in oktober de hoofdspiegel werd opgeleverd en die volgend jaar in gebruik moet worden genomen, nog veel meer planetoïden en dwergplaneten uit de Kuipergordel in kaart kunnen brengen.
Als er een tweede Kuipergordel is, dan zal Vera Rubin daarvan de bewoners zien. ‘Het instrument kan misschien zelfs voor het eerst objecten uit de veel verdere Oortwolk zien’, zegt Portegies Zwart. ‘Althans: als die niet te ver weg staan. Op 10 duizend au kan zelfs deze telescoop ze niet meer waarnemen.’
New Horizons vliegt intussen gestaag steeds dieper de buitengebieden van het zonnestelsel in. Eind 2023 werd de missie verlengd tot het eind van dit decennium. Het onderzoeksteam zoekt naar nieuwe planetoïden waar de sonde een bezoekje aan zou kunnen brengen.
Onderweg doet New Horizons ook nog andere ontdekkingen. Zo schreven wetenschappers in augustus in vakblad The Astrophysical Journal bijvoorbeeld dat meetgegevens van New Horizons onthulden hoe donker de diepe ruimte werkelijk is.
Op een afstand van op dat moment zo’n 57 au zag de sonde een sterrenhemel die slechts werd verlicht door het verzamelde vale schijnsel van licht uitgezonden door alle sterrenstelsels gedurende de afgelopen 12,6 miljard jaar, de periode waarin het heelal zulk licht doorlaat. ‘Buiten de stelsels zien we alleen duisternis, en niets anders’, zei coauteur Tod Lauer in een persverklaring.
Met de apparatuur aan boord kan New Horizons in theorie nog tot 2050 operationeel blijven. ‘Het maakt eigenlijk niet uit waar hij gedurende die periode naartoe vliegt in de Kuipergordel’, zegt Portegies Zwart. ‘In dit gebied liggen werkelijk overal nieuwe ontdekkingen te wachten.’
Geselecteerd door de redactie
Lees hier alle artikelen over dit thema
Source: Volkskrant