Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Dat het in het heelal wemelt van de planeten die om sterren draaien werd al honderden jaren vermoed, maar bewijs ontbrak. Na de ontdekking in 1995 van de eerste exoplaneet – een planeet die om een andere zon dan de onze draait –, volgde de ene na de andere. “Anno 2019 staat de teller op een paar duizend exoplaneten, van grote gasreuzen en superaardes tot kleine, rotsachtige objecten”, vertelt Ignas Snellen, hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit Leiden.

Auteur: Jeroen Akkermans.

De Zwitsers Michel Mayor en Didier Queloz krijgen dit jaar de helft van de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun ontdekking van die eerste exoplaneet. De andere helft gaat naar de Amerikaan James Peebles, die baanbrekend theoretisch werk deed naar de oorsprong en ontwikkeling van het universum.

Hoewel een stuk minder theoretisch, is het werk van Mayor en Queloz net zo revolutionair. Vakgenoten waren aanvankelijk zeer sceptisch toen de Zwitsers bekendmaakten dat ze op zo’n vijftig lichtjaar van de aarde bij de ster 51 Pegasi een grote planeet hadden ontdekt. Aan hun meetmethode lag het niet: het was duidelijk dat 51 Pegasi met de regelmaat van de klok twee dagen lang een beetje blauw aanliep en twee dagen rood. Hun verklaring voor dit dopplereffect, een Jupiterachtige planeet met een omlooptijd van vier dagen die 51 Pegasi laat wiebelen, overtuigde echter niet. De alternatieve verklaring dat de ster met een periode van vier dagen pulseerde, leek veel aannemelijker. “Vrijwel iedereen ging ervan uit dat gasreuzen op grote afstand van een ster cirkelen en een omlooptijd van jaren hebben,” zegt Snellen. “En dat is op het eerste gezicht ook logisch. Het gas waaruit ze bestaan, wordt immers tijdens de formatie van een ster diep de ruimte in geslingerd. Mayor en Queloz moesten daarom ook aannemelijk maken dat een gasreus na zijn ontstaan naar de ster kan ‘wandelen’. Zij maakten hiervoor gebruik van hypotheses die destijds allesbehalve mainstream waren.”

In de jaren daarna raakten sterrenkundigen er echter steeds meer van overtuigd dat de Zwitsers gelijk hadden. “Een belangrijke reden was de grote regelmaat waarmee 51 Pegasi wiebelde. Dat is niet goed te verklaren met pulsatie.” Toen de interpretatie van Mayor en Queloz eenmaal geaccepteerd werd, gingen onderzoekers met een andere bril naar hun oude datasets kijken. “De Amerikanen spoorden zo al snel vier andere exoplaneten op.” De ontdekking van de Jupiterachtige planeet heeft ons beeld van het heelal voorgoed veranderd. “We weten nu dat er talloze planetenstelsels zijn en dat ons eigen zonnestelsel niet maatgevend is. Het idee bijvoorbeeld dat een gasreus een omlooptijd kan hebben van vier dagen, was ooit ongehoord.”

James Peebles
James Peebles maakte van de kosmologie een volwassen wetenschap. Zo voorspelde hij fluctuaties in de kosmische achtergrondstraling, de zwakke nagloed van de oerknal, enkele jaren voordat Penzias en Wilson het bestaan hiervan aantoonden. Peebles maakte daarbij berekeningen die pas dertig jaar later bij de lancering van de WMAP-satelliet gebruikt konden worden. “Daarnaast heeft hij een enorme bijdrage geleverd aan het standaard-kosmologische model, dat de evolutie van het heelal beschrijft. Hij staat daarmee aan de wieg van de moderne kosmologie,” zegt Léon Koopmans, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Rijksuniversiteit Groningen.

Peebles verklaarde aan de hand van dichtheidsfluctuaties onder invloed van de zwaartekracht de verdeling van de materie in het universum. In zijn modellen speelt donkere materie, dat samen met donkere energie 95 procent van alle materie uitmaakt, een belangrijke rol. “Ook de kosmische achtergrondstraling volgt uit zijn berekeningen aan dichtheidsfluctuaties. Een heel knappe prestatie, waarvoor hij terecht de Nobelprijs heeft gekregen.”