Simulatie toont aan dat Sedna van een andere ster afkomstig is
De Leidse astronomen Lucie Jilkova en Simon Portegies Zwart hebben met grootschalige simulaties aangetoond hoe kandidaat-dwergplaneet Sedna en verscheidene andere planetesimalen (grote planetoïden) aan de verste rand van de Kuipergordel, van een andere ster zijn afgepikt. Zij maakten hun onderzoeksresultaat bekend op de 15e editie van het jaarlijkse wetenschaps- en media-evenement Bessensap in Den Haag.
Nieuwe familie van Sednoïden
Het transneptunische object 2003VB12, beter bekend als Sedna, en een dozijn andere planetesimalen hebben afwijkende omloopbanen. Sedna beschrijft een zeer elliptische baan rond de zon met een omlooptijd van meer dan 11.000 jaar. De omloopbanen van al deze recent ontdekte ijsdwergen zijn bovendien sterk geheld ten opzichte van het vlak van het zonnestelsel. Een van deze objecten is de planetesimaal 2012VP113. Ze behoren allemaal tot de nieuwe familie van Sednoïden: te groot voor een gewone planetoïde, maar zonder de officiële status van dwergplaneet, die de vroegere negende planeet Pluto in 2006 kreeg.
Vreemde omloopbanen
Door hun afwijkende eigenschappen zijn de Sednoïden maar moeilijk te vergelijken met andere objecten in het zonnestelsel.
Lucie Jilkova: ‘Sedna is overduidelijk geen Kuipergordel-object, maar het object hoort ook niet bij de Oortwolk. Wij hebben de simulaties gedaan om uit te zoeken hoe de Sednoïden op deze plek aan de rand van het zonnestelsel terecht zijn gekomen in deze vreemde omloopbanen.’
Close encounter met een andere ster
Jilkova en Portegies Zwart hebben getest of Sedna en 2012VP113 achter kunnen zijn gebleven na een close encounter met een andere ster. In dat geval zouden beide objecten een extrasolaire herkomst hebben. Als dat zo is hebben beide objecten nog informatie over deze bijna-botsing in de vorm van impulsmoment (de hoeveelheid draaibeweging) en energie. Deze aanname is in de simulatie van de close encounter meegenomen.
‘Het is verbazingwekkend hoe goed dit werkte. Onze berekeningen konden de omloopbanen van de planetesimalen uitstekend reproduceren’, zo licht Jilkova toe.
Andere ster 1,8 keer zo zwaar als de zon
De conclusie van het onderzoeksteam is dat de andere ster 1,8 keer zo zwaar moet zijn geweest als de zon toen hij het zonnestelsel passeerde op een afstand van minder dan 250 maal de afstand aarde-zon. Ook de richting vanwaaruit de andere ster kwam kon nauwkeurig worden vastgesteld. Bij de passage is de schijf rond onze jonge zon afgekapt op een afstand van ongeveer 36 astronomische eenheden (één AE is ongeveer 150 miljoen kilometer, de afstand van de aarde tot de zon). Dat is precies het buitengebied van de Kuipergordel waar nu een schaarste aan planetesimalen wordt waargenomen.
‘Dit laatste kwam een beetje als een verrassing,’, zegt Portegies Zwart, ‘maar komt precies overeen met de geobserveerde buitenrand van het zonnestelsel.’
Tijdstempel
Dit zet een tijdstempel op de gebeurtenis. Jilkova: ‘De passage van de andere ster moet hebben plaatsgevonden voor het zogenoemde late heavy bombardment waarbij zo’n 4 miljard jaar geleden de binnendelen van het zonnestelsel ongekend veel meteorietinslagen te verduren kregen. Dit bombardement is alleen te verklaren met een afkapping van de Kuipergordel.’
2000 planetesimalen overgegaan naar ons zonnestelsel
Uit de reconstructie van de close encounter blijkt dat ongeveer 2000 planetesimalen, inclusief Sedna en 2012VP113, zijn overgegaan naar ons zonnestelsel. De banen van 500 van deze objecten zijn afwijkend en vergelijkbaar met die van Sedna. Portegies Zwart vermoedt dat de andere ster ook planetesimalen heeft gestolen van onze Kuipergordel. Ook de banen van deze ijsdwergen zijn in de simulatie gereconstrueerd.
Alle berekeningen zijn uitgevoerd met de Astronomical Multipurpose Software Environment (Amuse). Deze software is vrij te gebruiken en is te downloaden op:
amusecode.org