Bizarre, achterwaartse omloopbaan van vreemde exoplaneet onthult dat dit een hete Jupiter in wording is

Astronomen hebben een soort vroege versie van een hete Jupiter ontdekt. En de excentrieke baan van deze planeet onthult belangrijke informatie over hoe hete Jupiters zich ontwikkelen.

Op dit moment weten we van het bestaan af van meer dan 5600 exoplaneten die zich in iets meer dan 4000 verschillende stersystemen bevinden. Maar nu kunnen we een uitzonderlijke exoplaneet aan die lijst toevoegen. Onderzoekers zijn namelijk op een ‘voorloper’ hete Jupiter gestuit. En deze planeet blijkt een zeer opmerkelijke omloopbaan te hebben.

Omloopbaan
De nieuwe planeet, die door astronomen TIC 241249530 b is genoemd, bevindt zich rond een ster die ongeveer 1100 lichtjaar van de aarde verwijderd is. En de planeet, die ongeveer vijf keer zo massief is als Jupiter, volgt een zeer ‘excentrische’ baan om zijn ster. Dit betekent dat hij zijn moederster extreem dicht nadert, vervolgens ver weg geslingerd wordt om dan in een smalle, elliptische baan terug te keren. Als deze planeet deel zou uitmaken van ons zonnestelsel, zou hij tien keer dichter bij de zon komen dan Mercurius, voordat hij langs de aarde schiet en dan weer terugkeert. Volgens wetenschappers heeft de baan van deze planeet dan ook de hoogste excentriciteit van alle tot nu toe ontdekte planeten.

Deze illustratie laat de baan zien van de recent ontdekte Jupiter-achtige exoplaneet TIC 241249530 b, in vergelijking met de banen van Mercurius en de aarde in ons eigen zonnestelsel. Afbeelding: NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

Deze opmerkelijke baan resulteert waarschijnlijk in temperaturen op de planeet die variëren van die van een zomerdag tot temperaturen zo hoog dat titanium zou smelten. “Deze nieuwe planeet ervaart aanzienlijke schommelingen in de hoeveelheid sterlicht dat het ontvangt,” zegt onderzoeker Sarah Millholland. “Telkens wanneer de planeet dicht bij zijn ster komt, zijn er extreme seizoenswisselingen en verschroeit zijn atmosfeer.”

De excentriciteit van een planeetbaan wordt gemeten op een schaal van 0 tot 1, waarbij 0 een perfecte cirkel is en 1 een zeer elliptische baan. TIC 241249530 b heeft een baanexcentriciteit van 0,94. Ter vergelijking, de sterk elliptische baan van Pluto rond de zon heeft een excentriciteit van 0,25. De excentriciteit van de baan van de aarde is 0,02.

Achteruit
En alsof dat nog niet genoeg is, ontdekten de onderzoekers dat de exoplaneet ook nog eens in een achterwaartse richting om zijn ster beweegt, dus in tegenovergestelde richting van de rotatie van zijn moederster. Dit is iets wat astronomen zelden zien bij de meeste andere exoplaneten en ook niet in ons eigen zonnestelsel voorkomt.

Hete Jupiter in wording
Hoe TIC 241249530 b aan deze vreemde omloopbaan is gekomen? De onderzoekers hebben wel een idee. Het team simuleerde de orbitale dynamica en vond dat de zeer excentrische en retrograde baan van de planeet suggereert dat deze waarschijnlijk evolueert naar een hete Jupiter. Het betekent dat de betreffende exoplaneet eigenlijk dus een hete Jupiter in wording is. En dat is best bijzonder. Vóór deze ontdekking was er maar één andere planeet bekend die gedacht werd een vroege hete Jupiter te zijn: HD 80606 b. En ook deze planeet beschikt over een gekke omloopbaan. “Astronomen zoeken al meer dan twintig jaar naar exoplaneten die voorlopers van hete Jupiters zijn of die middenin het migratieproces zitten,” zegt onderzoeker Arvind Gupta. “Daarom was ik enorm verrast en enthousiast om er een te vinden. Het is precies waar ik op had gehoopt.”

Meer over Hete Jupiters
Hete Jupiters zijn enkele van de meest extreme planeten in het heelal. Deze verzengende werelden zijn even zwaar als Jupiter. Ze draaien in nauwe omloopbanen rond hun moederster en voltooien een omwenteling in slechts een paar dagen. Dit staat in schril contrast met de rustige baan van onze eigen gasreus om de zon, die 4000 dagen duurt. Hoe hete Jupiters in zulke nauwe banen terechtkomen is een raadsel. Wetenschappers vermoeden dat hete Jupiters niet altijd zo heet waren en eigenlijk oorspronkelijk zelfs ‘koude Jupiters’ waren, ontstaan in koudere, verder weg gelegen regionen en vervolgens naar binnen migreren. De vroege stadia van dit migratieproces zijn zelden direct waargenomen. Maar met deze nieuwe analyse van een exoplaneet met een ongewone baan komen astronomen steeds dichter bij het oplossen van het mysterie van hete Jupiters.

Kortom, de onderzoekers vermoeden dat TIC 241249530 b momenteel evolueert tot een hete Jupiter. Dit gebeurt via ‘hoge-excentriciteitsmigratie’, een proces waarbij de baan van een planeet wiebelt en geleidelijk inkrimpt door interacties met een andere ster of planeet op een veel bredere baan. In het geval van TIC 241249530 b hebben de onderzoekers vastgesteld dat de planeet rond een moederster draait, die op zijn beurt om een tweede ster draait, in een binair stersysteem. De manier waarop de banen zijn gerangschikt lijkt een beetje op een circusartiest die een hoepel om haar middel zwaait, terwijl ze tegelijkertijd een tweede hoepel om haar pols laat draaien. De interacties tussen de twee banen – die van de planeet en zijn ster – hebben ertoe geleid dat de planeet geleidelijk dichter bij zijn ster is gemigreerd. “Het is een zeer ingrijpend proces omdat de veranderingen in de baan van de planeet enorm zijn,” vertelt Millholland. “Het is een complexe choreografie van banen die zich ontvouwt over miljarden jaren, en de planeet gaat gewoon mee op de rit.”

Cirkelvormige baan
De planeet heeft momenteel een elliptische baan en voltooit een rondje om zijn ster in ongeveer 167 dagen. Maar wetenschappers voorspellen dat de planeet over ongeveer een miljard jaar naar een veel strakkere, cirkelvormige baan zal migreren, waarbij hij elke paar dagen om zijn ster zal draaien. “Dan zal de planeet volledig zijn geëvolueerd tot een hete Jupiter,” aldus Millholland. De ontdekking van een exoplaneet voordat de migratie heeft plaatsgevonden, is waardevol omdat het cruciale inzichten biedt in hoe hete Jupiters zich vormen, stabiliseren en in de loop van de tijd ontwikkelen. “We kunnen de planetaire migratie niet letterlijk terugspoelen en in realtime observeren, maar deze exoplaneet fungeert als een momentopname van dat proces,” zegt Gupta. “Planeten zoals deze zijn ontzettend zeldzaam en moeilijk te vinden. We hopen dat dit ons kan helpen het verhaal van de vorming van hete Jupiters te ontrafelen.”

Al met al biedt de studie naar de evolutie van TIC 241249530 b fascinerende inzichten in het ontstaan en de ontwikkeling van hete Jupiters. “Dit onderzoek laat samen met andere studies zien dat migratie met hoge excentriciteit een rol speelt bij de vorming van hete Jupiters,” merkt Millholland op. “Dit systeem laat zien hoe ongelofelijk divers exoplaneten kunnen zijn. Het zijn mysterieuze werelden met ongewone banen die hun ontstaansgeschiedenis en toekomstige bestemming onthullen. En voor deze planeet is de reis nog niet ten einde.”

Bronmateriaal

"WIYN 3.5-meter Telescope at Kitt Peak Discovers Extremely Strange Orbit of Rare Exoplanet" - NOIRLab
"Astronomers spot a highly “eccentric” planet on its way to becoming a hot Jupiter" - Massachusetts Institute of Technology
Afbeelding bovenaan dit artikel: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd