Superaardes diep in het heelal hebben een magneetveld – en daarmee een kans op leven

In de zoektocht naar buitenaards leven gaat veel aandacht uit naar superaardes. Een laboratoriumstudie biedt nieuw inzicht in het binnenste van de grote, rotsachtige werelden diep in het heelal. ‘Een knap staaltje fundamenteel onderzoek.’

Tussen de bijna 5.000 verre planeten die astronomen hebben ontdekt, komen ze relatief veel voor: superaardes. Grote, rotsachtige werelden, een beetje groter dan planeten als Mercurius, Venus, Mars en de aarde zelf, maar juist kleiner dan enorme gasplaneten als Jupiter en Saturnus. In het zonnestelsel ontbreekt zo’n reuzewereld van steen, maar daarbuiten zien astronomen ze geregeld opduiken.

Logisch, zegt astronoom Ignas Snellen (Universiteit Leiden), die onderzoek doet naar verre werelden in alle soorten en maten. Exoplaneten, noemt men zulke plekken ook wel, bollen die draaien om een andere ster dan de zon. “Superaardes zijn een slag groter dan een planeet als de aarde en dus ontdekken we die ook wat gemakkelijker.”

De vraag die bij elke exoplaneet wordt gesteld, is deze: is op zo’n wereld misschien ook leven mogelijk? Dat we niet eenzaam door de kosmos dobberen, zou immers een van de grootste ontdekkingen zijn van de moderne wetenschap. En hoewel we die vraag voor dit soort verre plekken nog niet definitief kunnen beantwoorden, denken wetenschappers wel alvast na over de randvoorwaarden: hoe herken je een planeet waarop leven een kans heeft?

Vloeibaar water

Traditioneel kijkt men daarvoor naar de leefbare zone rond een ster. Dat wil zeggen: de afstand waarbij de temperatuur op het oppervlak van een planeet zodanig is dat daar vloeibaar water kan bestaan. Water biedt een ideale omgeving voor allerlei voor het leven noodzakelijke chemische reacties. Op een plek met vloeibaar water bestaat daarom een veel grotere kans op leven.

Maar, zo schrijven onderzoekers deze week in het vakblad Science: vergeet daarbij de magneetvelden niet. Die beschermen ons tegen kosmische straling, geladen deeltjes die onder meer de atmosfeer van een planeet kunnen beschadigen. De afwezigheid van een fatsoenlijk magneetveld zou misschien kunnen verklaren hoe onze buurplaneet Mars in het verre verleden veranderde van een blauwe en mogelijk zelfs leefbare planeet in de okerrode woestijnwereld die we tegenwoordig zien.

Of een verre planeet een beschermend magneetveld heeft, zo betogen de onderzoekers, is daarom een zeer relevante vraag. En het is bovendien een vraag die voor superaardes nog onbeantwoord was.

Kern van ijzer

De aarde heeft in zijn binnenste een stevige kern van ijzer. Om die vaste kern klotst een laag vloeibaar ijzer en daarbij ontstaat het aardmagneetveld. Maar hoe zit dat in het binnenste van superaardes? Het enige dat fysici zeker wisten, is dit: omdat de planeten veel zwaarder zijn, en er dus meer gewicht van buiten naar binnen duwt, loopt de druk in het binnenste van superaardes veel hoger op. Maar tot nog toe wist niemand of een ijzeren planeetkern bij zulke druk ook een magneetveld zou kunnen produceren.

Vandaar dat de onderzoekers besloten die extreme omstandigheden na te bootsen in het laboratorium. Ze gebruikten zeer sterke lasers en schoten daarmee op het metaal. Daardoor liep niet alleen de temperatuur hoog op, maar vooral ook de druk. Die bereikte tijdens het experiment driemaal het niveau in het binnenste van de aarde en viermaal de druk van het vorige labrecord.

Op die manier konden de onderzoekers onder meer het smeltpunt van ijzer bij extreme druk bepalen en ontdekken of in het metaal kristallen ontstonden, vergelijkbaar met hoe koolstof onder hoge druk verandert in diamant. Beide details spelen bij het maken van magneetvelden een belangrijke rol.

Onder de streep bleek uit de metingen dat magneetvelden van superaardes zelfs langer stabiel zullen zijn dan die van onze planeet. Werelden met vier- tot zesmaal de massa van de aarde hebben, zo berekenden de onderzoekers, daarbij vermoedelijk de stabielste exemplaren.

Een belangrijk resultaat, schrijft onder meer astronoom Youjun Zhang in een begeleidend bericht in hetzelfde vakblad. “Het ontstaan van dit soort ijzerkristallen speelt een sleutelrol bij de vraag over hun leefbaarheid.”

Terra incognita

Ook Snellen, niet bij het onderzoek betrokken, roemt het artikel als een “knap staaltje fundamenteel onderzoek”, maar noemt het belang dat de auteurs van zowel het vakartikel als het begeleidende commentaar hechten aan het vraagstuk van de leefbaarheid een tikje overdreven.

Inderdaad spelen magneetvelden soms een grote rol bij het bewoonbaar maken van een planeet, bevestigt hij, maar ze zijn niet altijd belangrijk. Een magneetveld beschermt de atmosfeer, maar is geen dwingende voorwaarde. “Venus, bijvoorbeeld, heeft vrijwel geen magneetveld, maar wel een heel erg dikke atmosfeer”, zegt hij. En dan zijn superaardes ook nog zodanig zwaar dat Snellen verwacht dat juist die werelden met hun zwaartekracht dikke atmosferen vasthouden die wel tegen een kosmisch stootje kunnen.

Ook volgens Snellen zullen deze zware versies van de aarde de komende jaren een belangrijke rol spelen in onze zoektocht naar buitenaards leven. “We zien dit soort planeten zodanig veel, dat het logisch is om daar te beginnen met zoeken. De grote uitdaging wordt alleen: kun je door hun atmosfeer heen kijken, om te ontdekken wat de omstandigheden op de grond zijn? Bij Venus lukte ons dat pas in de jaren 60”, zegt hij.

Droomden sciencefictionauteurs destijds nog van oceanen en gigantische bossen op het oppervlak van onze buurplaneet, daar onthulden waarnemingen met radiostraling dat het op het oppervlak verstikkend heet is – voor leven een kansloze omgeving. “Maar dergelijke waarnemingen zijn bij superaardes, vanwege de grote afstand, onmogelijk”, stelt Snellen.

Vandaar, dus, dat laboratoriumstudies voorlopig een van de zeldzame manieren blijven om toch wat meer kennis te vergaren over dit soort plekken lichtjaren diep in het heelal. Plekken die voor de mensheid, naar de Latijnse term op oude landkaarten, voorlopig terra incognita zullen blijven.