In de ban van omloopbanen
Adrian Hamers bestudeert de manier waarop hemellichamen om elkaar heen draaien, nu en in de toekomst. Dat blijkt er vaak grilliger aan toe te gaan dan je zou denken. Promotie op 21 juni.
Hamers keek de afgelopen jaren naar hiërarchische systemen, groepen van drie of meer hemellichamen die om elkaar heen draaien. Al die groepen gedragen zich volgens dezelfde natuurwetten, of het nu om supermassieve zwarte gaten, planetesimalen of planeten gaat.
Van cirkel naar ovaal
Dankzij wiskundige berekeningen kan Hamers voorspellen hoe de banen van de hemellichamen de komende miljarden jaren zullen veranderen: ‘Wat opvalt is dat vooral de oriëntatie en de vorm van de banen in de loop van de tijd sterk veranderen, in het bijzonder van cirkelvormig naar ovaalvormig.’
Eb en vloed
Die veranderingen zijn niet zonder gevolgen. Als de banen meer ovaalvormig worden, scheren de hemellichamen op het kortste punt steeds dichter langs elkaar. Dat zorgt voor sterke gravitationele interacties. Hamers: ‘De zwaartekracht kan voor sterke getijde-effecten zorgen, net zoals de aantrekkingskracht van de maan voor eb en vloed zorgt op aarde. Uiteindelijk verliezen hemellichamen daardoor baanenergie, en krijgen ze korte baanperioden van enkele dagen.’ In andere gevallen zijn zelfs botsingen mogelijk, bijvoorbeeld van planeten op hun ster of van zwarte gaten op elkaar.
Hot Jupiters
In het astronomisch jargon wordt het proces waarbij lange, ovale banen veranderen in nauwe banen ook wel high-eccentricity migration genoemd. Volgens sommige astronomen zou dit fenomeen het ontstaan van zogeheten hot Jupiters verklaren. Hot Jupiters zijn grote gasreuzen die enigszins op de Jupiter in ons zonnestelsel lijken, al zijn ze veel heter omdat ze in zeer nauwe banen rond hun ster draaien: ongeveer honderd keer dichter dan onze Jupiter rond de zon. Hamers heeft met zijn berekeningen aangetoond dat high-eccentricity migration in planeetsystemen met drie tot vijf planeten echter ten hoogste 1 procent van de waargenomen hot Jupiters kan verklaren. De hot Jupiters worden dus waarschijnlijk voornamelijk op andere manieren gevormd.
Chaotisch
Hamers’ bevindingen zijn ook van invloed op de manier waarop we naar ons eigen zonnestelsel kijken. Hamers: ‘Zo weten we vanwege meetonnauwkeurigheden bijvoorbeeld niet de precieze positie van een planeet als Mercurius. Dat is belangrijk, want de kleinste verandering in de beginsituatie kan ervoor zorgen dat een planeet een compleet andere baan krijgt dan voorspeld. Het zonnestelsel is nu eenmaal een chaotisch systeem. Er is zelfs een kleine kans dat Mercurius over vijf miljard jaar op de zon botst.’ De aarde blijft volgens Hamers wel in een stabiele baan rondjes draaien. Dat is echter een schrale troost: rond dezelfde tijd zal de zon uitgroeien tot een zogeheten ‘rode reus’ en de aarde volledig opslokken.