De bevinding kan van invloed zijn op berekeningen voor hoe snel het universum uitdijt
Planeten die in de buurt van sterren cirkelen, zoals in de illustratie van deze kunstenaar, kunnen worden verzwolgen naarmate de ster ouder wordt.
Wanneer gigantische sterren gigantische planeten eten, kan hun sterrenlicht iets minder fel schijnen. Dat dimmen kan van invloed zijn op hoe astronomen afstanden over het heelal meten – en mogelijk zelfs eerdere metingen in twijfel trekken.
‘Je zou denken dat de planeet een kleine verstoring van de ster zou zijn’, zegt astrofysicus Licia Verde. ‘Het blijkt dat dat niet zo is.’ Die verstoringen kunnen zelfs helpen verklaren waarom schattingen over hoe snel het universum zich uitbreidt, zijn het niet eens, betogen Verde en haar collega’s in een paper dat op 25 maart op arXiv.org is geplaatst.
Wanneer sterren die qua massa vergelijkbaar zijn met de zon, door het grootste deel van de waterstof in hun kernen branden, blazen hun buitenste lagen op totdat de sterren honderden keren hun oorspronkelijke grootte hebben en rode reuzen worden. Bij een bepaalde kerndichtheid werd aangenomen dat rode reuzen allemaal dezelfde piekhelderheid bereikten.
Die uniforme helderheid heeft astronomen geholpen kosmische afstanden te schatten. Het is moeilijk om te weten hoe ver een ster verwijderd is zonder de intrinsieke helderheid ervan te kennen – een ster kan zwak lijken omdat hij erg ver weg is, of gewoon omdat hij zwak is, of beide. Omdat rode reuzen altijd een bepaalde helderheid bereiken, kunnen ze als afstandsmarkeringen in het hele universum fungeren, waardoor astronomen kosmische oriëntatiepunten krijgen om de ruimte tussen de aarde en verre sterrenstelsels te meten.
Astronomen hebben tekenen gezien dat rode reuzen nabijgelegen planeten overspoelen terwijl ze zich uitbreiden (SN: 21-12-11). Verde en astrofysicus Raul Jimenez, beiden van de Universiteit van Barcelona, ​​en Uffe Gråe Jørgensen, astrofysicus aan de Universiteit van Kopenhagen, vroegen zich af of die planetaire maaltijden de glans van de ster zouden kunnen veranderen. Als dat zo is, zou dat betekenen dat de piekhelderheid van een rode reus iets minder betrouwbaar is als een uniforme constante dan eerder werd gedacht.
Er zijn een paar verschillende manieren waarop een planeet de helderheid van de ster kan veranderen, redeneerde het team: als de planeet de kern van de ster meer materie zou geven om te verbranden, zou dat de lichten kunnen doen oplichten, waardoor de ster dichterbij lijkt dan hij is. Of het eten van een planeet zou de buitenste gaslagen van de ster kunnen oproeren op een manier waardoor lichtdeeltjes of fotonen meer in de atmosfeer van de ster rond zouden stuiteren. Dan ontsnappen er minder fotonen en lijkt de ster zwakker.
Computersimulaties om deze scenario’s te testen zouden traag en duur zijn. Dus het team deed wat ruwe berekeningen om te zien of simulaties het zelfs waard zouden zijn. En in feite toonden die berekeningen aan dat de extra massa van het inslikken van een planeet op zichzelf niet veel uitmaakt. Maar als een planeet die groot genoeg is met hoge snelheid in de ster stort, kan hij de buitenste lagen van de ster oproeren “als een lepel in een theekopje”, zegt Jimenez. In dat scenario daalt de helderheid van de ster met wel 5 procent, schat het team.
Die kleine verschuiving kan een groot verschil maken voor de kosmologie, en met name voor schattingen van de expansiesnelheid van het universum – een getal dat bekend staat als de Hubble-constante. Om de Hubble-constante te meten, moeten astronomen precies weten hoe snel kosmische objecten lijken te verdwijnen dankzij kosmische expansie, en hoe ver die objecten eigenlijk van de aarde verwijderd zijn.
Astronomen gebruiken dus objecten met bekende lichtsterktes als zogenaamde ‘standaardkaarsen’ om kosmische afstanden te helpen bepalen. Rode reuzen zijn een voorbeeld; supernova’s en sterren genaamd Cepheids zijn anderen.
Maar metingen met verschillende kaarsen hebben geresulteerd in verschillende schattingen voor de Hubble-constante. Een andere methode die details gebruikte over hoe materie werd verspreid in het zeer vroege heelal, gaf nog een andere constante waarde van Hubble. De discrepanties hebben geleid tot een crisis in de kosmologie: ofwel zijn sommige metingen onjuist, ofwel gedroeg het universum zich in zijn vroege tijdperken anders dan nu. Dat zou lang gekoesterde ideeën over hoe het universum gevormd en geëvolueerd zou moeten worden herzien (SN: 30-7-19).
‘Mensen geloven [the
mismatch] zou een handtekening kunnen zijn van nieuwe fysica ‘, zegt Jimenez. ‘Dat is de opwinding.’
Kosmoloog Wendy Freedman van de Universiteit van Chicago, die de Hubble-constante heeft gemeten met behulp van rode reuzensterren, denkt dat er meer gedetailleerde studies nodig zijn om uit te zoeken of planetaire maaltijden een probleem zijn voor de constante schatting van de Hubble. Zelfs als sommige sterren minder helder schijnen omdat ze een planeet hebben opgenomen, maakt dat niet uit of hetzelfde in elk sterrenstelsel gebeurt, merkt ze op.
Astronomen hebben ook zowel Cepheids- als rode reuzen in een enkel sterrenstelsel gebruikt om de afstand van die melkweg tot de aarde te meten, en de twee methoden geven hetzelfde antwoord. Dat suggereert dat kosmologen zich misschien geen zorgen hoeven te maken over het dimmen van rode sterren na het verslinden van planeten.
‘Theoretische componenten en beperkingen die je uit bestaande observaties kunt halen, suggereren dat dit op dit moment geen serieus probleem is’, zegt Freedman.
