En daarmee is de suikerspin-planeet opeens helemaal niet mysterieus meer.
Astronomen breken zich al langer het hoofd over WASP-107b. Met een massa die tien keer kleiner is dan die van Jupiter, maar een volume die zo’n 75 procent van het volume van Jupiter uitmaakt, heeft de planeet een zeer geringe dichtheid. En daarmee kan deze gerekend worden tot de zogenoemde suikerspin-planeten; planeten met een dichtheid die grofweg vergelijkbaar is met die van het uiterst luchtige snoepgoed. Nu kennen we inmiddels wel een aantal suikerspin-planeten, maar WASP-107b is een vreemde eend in de bijt. De meeste suikerspin-planeten zijn namelijk veel warmer en zwaarder dan WASP-107b. En onderzoekers kunnen dan ook niet goed verklaren hoe WASP-107 een suikerspin-planeet is geworden.
Mysterie
“Afgaand op de straal, massa en leeftijd, dachten we dat WASP-107b een heel kleine, rotsachtige kern heeft die omringd wordt door een enorme hoeveelheid waterstof en helium,” vertelt onderzoeker Luis Welbanks uit. “Maar het is lastig te verklaren hoe zo’n kleine kern zoveel gas kan vergaren en daar dan vervolgens ook nog eens – kort voor deze de massa van Jupiter bereikt heeft – abrupt mee stopt.”
Grotere kern?
Misschien is de kern van WASP-107b stiekem toch groter dan gedacht? Dat is zeker een mogelijkheid, zo erkennen Welbanks en collega’s. Maar die kan op zichzelf niet helpen verklaren waarom WASP-107b zo’n enorm opgezwollen atmosfeer heeft. Want zo’n zwaardere kern zou sinds de totstandkoming van de planeet al zodanig moeten zijn afgekoeld dat de atmosfeer niet langer voldoende verhit wordt om enorm uit te zetten. Natuurlijk beschikt WASP-107b wel over een moederster die ook wat warmte afgeeft, maar lang niet genoeg om ervoor te zorgen dat de gassen in de atmosfeer uitzetten en de atmosfeer dus ‘op te blazen’.
Webb
En dus bleef de vraag: hoe komt WASP-107b aan die opgeblazen atmosfeer? Om dat mysterie op te lossen, besloten Welbanks en collega’s ruimtetelescoop James Webb in te schakelen. “WASP-107b is zo’n interessant doelwit voor Webb, omdat de planeet significant koeler en qua massa meer Neptunus-achtig is dan veel andere planeten met een lage dichtheid – de zogenoemde hete Jupiters – die we tot op heden bestudeerd hebben,” stelt onderzoeker David Sing.
Bevindingen
En wat het onderzoek onthult, is dat de kern van WASP-107b inderdaad meer massa heeft dan gedacht. Maar ook, dat het binnenste van de planeet – dankzij getijdenkrachten – veel warmer is dan werd aangenomen. Dat is te lezen in het blad Nature.
Samenstelling atmosfeer
De onderzoekers baseren hun bevindingen voor het leeuwendeel op waarnemingen van James Webb, maar pakten er ook observaties van de Hubble-telescoop bij. Samen onthullen de telescopen allereerst dat de atmosfeer van WASP-107b waterdamp, methaan, koolstofdioxide, koolstofmonoxide, zwaveldioxide en ammoniak herbergt. Maar wat de onderzoekers daarbij direct opviel, was dat de atmosfeer veel minder methaan bevat dan gedacht. Namelijk: zo’n duizend keer minder dan afgaand op de vermeende temperatuur van WASP-107b werd verwacht.
Methaan
Hoe kan dat? “Methaan is instabiel bij hogere temperaturen,” legt Sing uit. “Het feit dat we er – ondanks dat we wel andere koolstofdragende moleculen hebben gevonden – zo weinig van gedetecteerd hebben, vertelt ons dat het binnenste van de planeet significant warmer moet zijn dan we dachten.” En die inwendige warmte zorgt er dus voor dat de atmosfeer van WASP-107b flink wordt opgeblazen en de planeet als geheel dus groter is en een opmerkelijk lage dichtheid kent.
Getijdenkrachten
Dat roept dan natuurlijk weer direct de vraag op waar die warmte dan precies vandaan komt. Ook daar hebben de onderzoekers een antwoord op gevonden. De warmte is het resultaat van getijdenkrachten die ontstaan doordat WASP-107b in slechts 5,7 dagen tijd een ietwat ovaalvormige baan rond zijn moederster trekt. Hierdoor varieert het effect dat de zwaartekracht van de moederster op WASP-107b heeft, sterk; het ene moment wordt er harder aan de planeet getrokken dan op het andere moment (als deze wat verder van de moederster verwijderd is). Daardoor wordt de planeet herhaaldelijk in meer of juist mindere mate uitgerekt en dat zorgt ervoor dat deze van binnen opwarmt.
Kern
Zodra de onderzoekers hadden vastgesteld dat WASP-107b genoeg interne warmte genereert om de atmosfeer flink te laten uitdijen, gingen ze nog een stap verder: ze maakten een inschatting van de omvang van de kern van WASP-107b. “Als we weten hoeveel energie er in de planeet zit en we weten welk deel van de planeet uit zwaardere elementen – zoals koolstof, stikstof, zuurstof en zwavel – of juist uit waterstof en helium bestaat, kunnen we berekenen hoeveel massa er in de kern zou moeten zitten,” vertelt onderzoeker Daniel Thorngren. En een snelle rekensom wijst uit dat die kern zeker twee keer zwaarder moet zijn dan voorheen werd aangenomen.
Geen geheimen meer
En daarmee lijkt WASP-107b in één klap heel wat geheimen te hebben prijsgegeven, stelt onderzoeker Mike line. “De Webb-data vertellen ons dat planeten zoals WASP-107b niet op een heel gekke manier, met een superkleine kern en een enorme gasmantel hoeven te zijn ontstaan. In plaats daarvan kunnen we iets wat lijkt op Neptunus nemen, de temperatuur opschroeven en de atmosfeer opblazen, zodat het er zo uit gaat zien.”
Het onderzoek is slechts de opmaat naar meer, zo belooft Sing. “Kijken naar het binnenste van een planeet die zich op honderden lichtjaren afstand bevindt, klinkt bijna als iets wat onmogelijk is. Maar wanneer je de massa, straal, samenstelling van de atmosfeer en temperatuur van het binnenste van de planeet weet, heb je alle puzzelstukjes die nodig zijn om een idee te krijgen van wat zich in het binnenste van de planeet bevindt en hoe zwaar die planeetkern is. Dit is iets wat we nu voor tal van verschillende gasreuzen in verschillende systemen kunnen gaan doen.”
