De broers en zussen van de zon

Hoe is onze zon ontstaan? Het lijkt zo'n basale vraag, maar wetenschappers beginnen het antwoord pas net te ontdekken. En stuiten daarbij op een hele familie van zonnen.

De zon en nog een zon.Beeld NASA

Ták! In het plaatselijke poolcafé ramt een stamgast zijn keu tegen de witte bal en na een botsing rollen de ballen alle kanten op. Vlak na die stoot ligt in principe alles vast. De snelheid en het effect van de eerste bal bepalen hoe de andere ballen reageren. En dus zou het moeten kunnen: het poolcafé binnenstappen, alleen de uitrollende ballen zien, en vervolgens terugrekenen wat de situatie was voor de keu de bal raakte.

Als de Leidse sterrenkundige Simon Portegies Zwart naar de sterrenhemel kijkt, ziet hij in gedachten zo'n biljarttafel met ballen voor zich. Maar dan ingewikkelder. Want het universum is geen vlak groen laken, maar een driedimensionale ruimte. En de grootste kosmische biljartballen - sterren, zwarte gaten, joekels van planeten - zijn zo fors dat ze met hun aantrekkingskracht de koers van naburige hemel-lichamen beïnvloeden. Bovendien vliegen in het heelal bij botsingen de brokstukken in het rond.

Zó'n biljartafel dus. Hoe ingewikkelder de beweging van de ballen, hoe gelukkiger Portegies Zwart ervan wordt. Wat dat betreft vond hij ons eigen zonnestelsel maar een saaie tafel. Eén eenzaam vuurbolletje met wat planeten er om heen: gááp!

Dan zijn er in het universum wel interessantere zonnestelsels te vinden. Al die stipjes 's nachts aan de hemel: ook dat zijn zonnen. Maar als je op die stipjes inzoomt, blijken het er geregeld twee of meer te zijn die om elkaar heen dansen. Op planeten in zo'n stelsel moeten de dagen maf verlopen; het blijft er altijd licht, of er gaan meerdere zonnen na elkaar op en onder.

De interesse voor onze eigen zon kwam bij Portegies Zwart dan ook van pas toen hij zich afvroeg hoe ons zonnestelsel er lang geleden uitzag. Wetenschappers zijn het er over eens dat er ongeveer 4,6 miljard jaar geleden een enorme wolk moleculen ronddwarrelde. Onder invloed van zijn eigen zwaartekracht stortte een deel van die wolk in elkaar. Het grootste deel vormde de zon, met daaromheen een draaiende schijf van afkoelende rommel die uitgroeide tot steeds grotere rotsblokken die uiteindelijk de planeten vormden.

8.20 minuten

Zo lang duurt het voor het licht van de zon om de aarde te bereiken. Mocht de zon onverhoopt uitfloepen - wat niet in de lijn der verwachting ligt - dan kunt u op vakantie dus nog rustig de laatste bladzijden van uw roman uitlezen voordat het pikkedonker wordt.

Maar dat is niet het hele verhaal, weet Portegies Zwart. Want voorbij Neptunus scheert af en toe nog wat ruimtepuin voorbij. Met name de baan van Sedna is curieus. Deze in 2003 ontdekte dwergplaneet draait niet in de schijf waarin de aarde en de andere planeten draaien. Sedna's baan is extreem langgerekt en gekanteld. Ook andere Sedna-achtige objecten lijken zich in dat curieuze baanvlak te bewegen.

Zou er misschien nog ergens een onontdekte negende reuzenplaneet zijn, die de familie van Sedna met haar zwaartekracht in een andere baan trekt? Dat is één mogelijkheid, maar Portegies Zwart komt met zijn simulaties tot een andere verklaring: Sedna en haar vrienden komen helemaal niet uit dit zonnestelsel.

Wékenlang lieten Portegies Zwart en zijn mede-onderzoekster Lucie Jilkova tientallen computers rekenen aan de huidige bewegingen van de hemellichamen in ons zonnestelsel, en terugrekenen hoe het ooit begonnen moet zijn. En dit is waar ze op uitkomen: bij de start van ons zonnestelsel, ontstond niet één zon, maar meerdere zonnen, die met hun aantrekkingskracht op de babyplaneten en ander ruimtepuin hun stempel drukten op de koers van de hemellichamen om ons heen.

15.000.000 graden

Zo heet is het in het binnenste van de zon. De zon dankt zijn tomeloze energie aan kernfusie, waarbij waterstof in helium wordt omgezet. In onder meer Duitsland (Wendelstein X7) en Frankrijk (ITER) willen wetenschappers kernfusiereactoren bouwen, om zo relatief schone en goedkope energie op aarde te verkrijgen. Een kleine versie van de zon 'nabouwen' op aarde, blijkt echter behoorlijk ingewikkeld.

Beeld de Volkskrant

Die broers en zussen van onze zon veroverden hun eigen plek aan de sterrenhemel en onze zon bleef achter. Al was er nog minstens een memorabel incident: een ander zonnestelsel dat zo'n 4,5 miljard jaar geleden (100 miljoen jaar na de vorming van de zon) rakelings langs het onze scheerde. In het midden van dat stelsel brandde een zon twee keer zo helder als de onze. Deze buurman denderde met een snelheid van 4 kilometer per seconde op onze zon af, en kwam daarbij tot een afstand van 230 maal de afstand aarde-zon. Dat klinkt ver weg, maar is op kosmische schaal vergelijkbaar met een vreemdelingenlegioen dat ineens woest gillend bij het hek van je achtertuin staat.

De twee zonnestelsels naderden elkaar bovendien zo dicht, dat ze met hun zwaartekracht ruimtebrokken in elkaars buitenregionen van elkaar konden stelen. Dat zou tot op de dag van vandaag te zien zijn aan de koers van Sedna en haar familieleden; nog steeds uit het lood geslagen door de haal die ze ooit kregen van dat andere zonnestelsel.

Of is het andersom, en hoort Sedna oorspronkelijk bij dat andere zonnestelsel en is zij de oorlogsbuit van ons eigen zonnestelsel? Portegies Zwart: 'Om daar meer zekerheid over te krijgen zou je close-ups van Sedna moeten maken. We hebben ook al eens een ruimtevaarttuig naar Pluto gestuurd, dus in theorie kan het.'

Barbara Pichardo, astronome in Mexico en niet betrokken bij de simulaties van Portegies Zwart, wijst erop dat slechts een klein aantal Sedna-achtige objecten bekend zijn en dat de observaties daarvan ook nog onzekerheden bevatten. 'Het zal nog jaren duren voordat we zeker weten of de objecten die nu in één vlak lijken te liggen ook echt in één vlak liggen.' Ze noemt de zoektocht naar de oorsprong van ons zonnestelsel 'absoluut opwindend', omdat het 'een van die grote vragen is die wetenschappers waarschijnlijk nog gedurende ons leven kunnen beantwoorden.'

Portegies Zwart kijkt ondertussen uit naar de volgende resultaten van Gaia. Deze satelliet maakt nu de gedetailleerdste kaart aller tijden van het universum. Waar bevinden de sterren zich precies, hoe bewegen ze precies, zijn er nog meer Sedna-achtige objecten? De uitkomsten stopt Portegies Zwart in zijn modellen, die na wekenlang terugrekenen weer een iets beter zicht kunnen geven op de oorsprong van ons zonnestelsel. En dat niet alleen: wie de bewegingen van de sterren kent, kan ook proberen de toekomst in te kijken.

Dat ziet er voor ons eigen zonnestelsel overigens niet zo rooskleurig uit. Ooit, over ongeveer 5 miljard jaar, raakt de brandstof van de zon op. Wat er dan met onze zon gebeurt weten we van vergelijkbare sterren: de kern krimpt en de buitenlaag blaast op totdat de zon 200 keer zo groot wordt als haar huidige formaat. Het leven op aarde zal verdampen, waarna de zon verschrompelt tot een sterretje.

Eén lichtpuntje: de weggeblazen buitenlagen van de zon vormen een nevel waaruit nieuwe sterren en planeten kunnen ontstaan. Waarna het hele kosmische biljartavontuur gewoon weer opnieuw kan beginnen. Nieuwe ballen op tafel? Afstoten maar!

11 jaar

Zo lang duurt ongeveer de zonnecyclus, een terugkerende periode waarbij de zon relatief veel of juist weinig activiteit vertoont. Op het maximum zien astronomen relatief veel vlekken op de zon en schieten meer uitbarstingen met geladen deeltjes onze kant op. Als die op aardse atmosfeer botsen, levert dat een vuurwerkspektakel op dat wij kennen als het poollicht.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden