UvA’er Djoeke (28) onderzoekt hoe planeten zoals de Aarde ontstaan
Djoeke Schoonenberg (28) onderzocht de rol van water bij planeetvorming aan het Anton Pannekoek Instituut, dat onderdeel is van de UvA. Hoe uniek is het eigenlijk dat onze Aarde vloeibaar water bevat?
Wat heb je precies onderzocht?
‘Mijn onderzoek is vooral gericht op schijven van stof en gas die ontstaan rond pasgeboren sterren. Sterren ontstaan uit moleculaire wolken waarin klonten stof en gas onder invloed van zwaartekracht worden samengedrukt. Rond die jonge sterren draait een schijf met eveneens stof en gas, waarin planeten ontstaan. Die schijven kan je waarnemen met een telescoop. Maar voor mijn onderzoek keek ik niet door telescopen. Ik onderzocht met computermodellen hoe de stofdeeltjes in een dergelijke protoplanetaire schijf zich gedragen. Dus: hoe worden de planeten opgebouwd? Daarbij keek ik specifiek naar de waterdeeltjes, om te kijken hoe water ontstaat op een planeet.’
Welke rol speelt water dan bij planeetvorming?
‘Water is de meest voorkomende vluchtige stof in protoplanetaire schijven, en er wordt daarom verwacht dat water een belangrijke rol speelt in verschillende stadia van planeetvorming. Ons zonnestelsel kent rotsachtige planeten en reuzen die bestaan uit gas of ijs. De Aarde en Mercurius zijn voorbeelden van rotsachtige planeten, Jupiter en Saturnus zijn gasreuzen, Uranus en Neptunus zijn ijsreuzen. Sterrenkundigen denken dat deze verschillende vormen van planeten ontstaan door hun afstand tot de zon. Verder van de zon is er minder hitte en dus meer condensatie van water. Hierdoor ontstaan zwaardere planeten met meer water of ijs. Wanneer een planeet zich op een geschikte afstand van een ster bevindt, ontstaat een bewoonbare zone. Dat is een plek waar het water niet verdampt omdat de temperatuur te hoog is, of bevriest omdat het te koud is.’
Is er al iets bekend over hoe water op aarde terecht is gekomen?
‘Het gebied in de protoplanetaire schijf waar water van gas in ijs verandert wordt de sneeuwgrens genoemd. Binnen die sneeuwgrens ontstaan rotsachtige planeten zoals de Aarde uit stofkorrels die geen water bevatten. De aarde is hierdoor een relatief droge planeet. Minder dan één procent van de massa van de Aarde bestaat uit water. Omdat de aarde is gevormd binnen een gebied waar water in gasvorm aanwezig is, is onduidelijk hoe uiteindelijk dan toch water op Aarde terecht is gekomen. De meest gangbare theorie is dat het water op Aarde is afgeleverd door meteorieten of asteroïden.’
Hoe kunnen we meer te weten komen over planeetvorming?
‘Door naar exoplaneten te kijken. Dat zijn planeten die rondom een andere ster draaien dan onze zon. Pas vrij laat, in 1992, werden exoplaneten voor het eerst ontdekt. Dat komt omdat planeten niet zo makkelijk te ontdekken zijn, omdat ze geen licht geven in tegenstelling tot de sterren waar ze omheen draaien. Inmiddels zijn er al vierduizend planeten ontdekt. Dit kan op verschillende manieren. Eén manier is om de helderheid van een ster te monitoren: als die periodiek even afneemt, kan dat betekenen dat er een planeet voorlangs beweegt. We weten nu dat statistisch gezien elke ster in de Melkweg minstens één planeet om zich heen heeft draaien.’
Zijn er planeten gevonden die lijken op de Aarde?
‘De Trappist-1-planeten zijn voorbeelden van exoplaneten. Ze zijn ontdekt door Belgen, vandaar dat dit planeetstelsel is vernoemd naar het gelijknamige Belgisch bier. De ontdekking van dit planetenstelsel was ook zeer belangrijk voor de sterrenkunde. Het stelsel bestaat namelijk uit een kleine ster waar zeven planeten omheen draaien die allemaal ongeveer even groot zijn als de Aarde. We denken dat ze voor 5 tot 10 procent uit water bestaan. Maar het is interessant als je kijkt naar de sneeuwgrens: als ze binnen de sneeuwgrens zijn gevormd zou je verwachten dat ze veel minder water bevatten. Als ze erbuiten zijn gevormd, zou je verwachten dat ze veel meer water bevatten. In mijn proefschrift heb ik een model ontwikkeld dat deze waterfracties van rotsachtige planeten kan verklaren. Simulaties van de sneeuwgrens laten zien dat er verschillende mechanismen voor planeetgroei zijn. Planeten uit het Trappist-1-stelsel ontstaan waarschijnlijk uit ijzige deeltjes buiten de sneeuwgrens. Pas later, wanneer het planetaire embryo dichter bij de ster komt en de sneeuwgrens betreedt, worden ook drogere stofkorrels opgenomen. Maar om te weten hoe uniek de aarde is, zijn astronomische waarnemingen nodig om theoretisch onderzoek zoals deze te bevestigen.’
Wat vond je het moeilijkst aan het onderzoek?
‘Mijn promotieonderzoek heeft me nooit echt gefrustreerd. We leven zelf op een planeet met water en daardoor vind ik het onderwerp best tastbaar. Uiteindelijk willen we natuurlijk weten: is de Aarde uniek? We weten dat er sterrenstelsels in de Melkweg zijn met planeten in de bewoonbare zone. Daar zou water in vloeibare vorm aanwezig kunnen zijn. Maar of er dan ook daadwerkelijk leven is op die planeten is een hele andere vraag. Zelfs als alle bouwstoffen voor leven aanwezig zijn, weet je nog niet of het er ook is.’
