Het is de ‘luchtigste’ planeet die tot op heden rond dit type ster is aangetroffen.

Astronomen hebben in een baan rond een koele, rode dwergster een ongewone planeet aangetroffen. Het gaat om een Jupiter-achtige exoplaneet met een extreem lage dichtheid, vergelijkbaar met die van… een marshmallow.

TOI-3757 b
Onderzoekers kwamen de opmerkelijke gasreus op het spoor met behulp van planetenjager TESS, zo valt er te lezen in The Astrophysical Journal. Vervolgens werd deze nader bestudeerd met de WIYN 3,5-meter telescoop; de op één na grootste optische telescoop van het Kitt Peak National Observatory in Arizona. De planeet is TOI-3757 b genoemd en cirkelt rond een koele, rode dwergster. De gasreus bevindt zich op ongeveer 580 lichtjaar afstand van de aarde, in het sterrenbeeld Voerman.

Grootte en omloopbaan
Dankzij gegevens van planetenjager TESS, slaagden de onderzoekers erin de diameter van de planeet te berekenen. TOI-3757 b blijkt een diameter te hebben van 150.000 kilometer. Hiermee is hij net iets groter dan planeet Jupiter uit ons eigen zonnestelsel. Daarnaast voltooit de nieuw ontdekte gasreus in slechts 3,5 dagen een volledige baan rond zijn moederster. En dat is krap. Ter vergelijking, Mercurius, de dichtstbijzijnde planeet in ons eigen zonnestelsel, doet er 88 dagen over om een rondje rond de zon te voltooien.

Massa en dichtheid
Met behulp van geavanceerde metingen wisten astronomen vervolgens de massa van de planeet te achterhalen. En daaruit bijkt dat TOI-3757 b een massa heeft van ongeveer een kwart van die van Jupiter – of ongeveer 85 keer die van de aarde. Met gegevens over de grootte en de massa van de planeet bij de hand, kon het team de gemiddelde dichtheid bepalen. En die komt neer op 0,27 gram per kubieke centimeter. Dit is minder dan de helft van de dichtheid van Saturnus (de planeet in ons zonnestelsel met de laagste dichtheid), ongeveer een kwart van de dichtheid van water (wat betekent dat de planeet zou drijven als het in een gigantische badkuip gevuld met water zou worden geplaatst) en is vergelijkbaar met de dichtheid van een marshmallow.

Artistieke impressie van de extreem ‘luchtige’ planeet TOI-3757 b die rondom een rode dwergster cirkelt. Afbeelding: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

De extreem lage dichtheid van TOI-3757 b zet astronomen voor een raadsel. Nog niet eerder is er namelijk zo’n ‘luchtige’ planeet rond een rode dwergster ontdekt. Bovendien zijn er ook nog maar weinig nabije reuzenplaneten rond dit type ster gevonden. Rode dwergsterren zijn vrij kleine en lichtzwakke sterren. Hoewel ze ‘koel’ zijn in vergelijking met sterren zoals onze zon, kunnen rode dwergen extreem actief zijn en op krachtige wijze uitbarsten, waardoor een mogelijk rondom cirkelende planeet van zijn atmosfeer wordt ontdaan. Het betekent dat dergelijke zonnestelsels onherbergzame plekken lijken voor de vorming van een planeet zoals TOI-3757 b.

Meer over rode dwergsterren
Rode dwergsterren (M-sterren) zijn de meest voorkomende en langstlevende sterren in het heelal. Ze zijn een stukje kleiner en koeler dan onze eigen zon. Rode dwergen blijken vaak rotsachtige planeten te herbergen. En sommige van deze aardachtige werelden draaien ook nog eens in de leefbare zone. Al deze ingrediënten samen maken rode dwergen erg interessant in de zoektocht naar buitenaards leven. Toch komen stronomen daar steeds vaker op terug. Planeten die rond rode dwergen cirkelen worden vaak gebombardeerd met gevaarlijke röntgen- en ultraviolette (UV) straling, die tot honderdduizenden keren intenser kan zijn dan wat de aarde van de zon ontvangt. Omcirkelende exoplaneten zijn daardoor hun leven niet zeker en kunnen ieder moment van hun atmosfeer worden beroofd. Het betekent dat deze planeten mogelijk kurkdroog zijn. Al met al niet de perfecte omstandigheden voor het ontstaan van leven. Over de kansen om leven te vinden rond rode dwergen zijn onderzoekers dan ook niet meer zo optimistisch.

Hoe een forse gasreus met zo’n lage dichtheid rond een rode dwerg kan zijn ontstaan? De onderzoekers stellen twee mogelijke theorieën voor.

Theorieën
De extreme lage dichtheid kan het resultaat zijn van twee factoren. De eerste heeft betrekking op de rotsachtige kern van de planeet. Men denkt dat gasreuzen in eerste instantie bestaan uit een massieve, rotsachtige kern van ongeveer tien keer de massa van de aarde. Vervolgens trekken ze grote hoeveelheden aangrenzend gas naar zich toe. En zo ontstaan de gasreuzen die we vandaag de dag kennen. Daarnaast beschikt de ster waar TOI-3757b omheen cirkelt over minder zware elementen in vergelijking met andere rode dwergsterren die gasreuzen herbergen. Dit kan ertoe hebben geleid dat de rotsachtige kern langzamer werd gevormd. De gasaanwas kwam daardoor trager op gang, wat vervolgens de algehele dichtheid van de planeet beïnvloedde.

De tweede theorie heeft betrekking op de omloopbaan van TOI-3757b. Vooralsnog beschouwen astronomen de baan van de gasreus als enigszins elliptisch – soms nadert hij zijn moederster dichter dan op andere momenten. Dit resulteert in een aanzienlijke, kortstondige en overmatige opwarming waardoor de atmosfeer van de planeet opzwelt.

James Webb
Welke theorie juist is, zal uit vervolgonderzoek moeten blijken. “Met toekomstige waarnemingen met behulp van NASA’s nieuwe James Webb-ruimtetelescoop, zouden we kunnen achterhalen of de atmosfeer van de planeet inderdaad opgezwollen is,” aldus onderzoeker Jessica Libby-Roberts.

De zoektocht naar soortgelijke systemen met gigantische planeten – waarvan ooit werd gedacht dat ze extreem zeldzaam zijn rond rode dwergen – gaat door. Astronomen hopen zo beter te gaan begrijpen hoe dergelijke planeten het levenslicht zien. Ook speurt TESS verder naar andere exoplaneten. Dit kunnen dan weer interessante doelen zijn voor de krachtige James Webb-telescoop, die in staat is de atmosferen te karakteriseren. En misschien dat we op deze manier ooit wel op een potentieel rotsachtige wereld stuiten die leven herbergt…