De aarde is gedoemd, maar niet voor 5 miljard jaar. Onze planeet zal worden geroosterd als onze zon uitzet en een rode reus wordt, maar de exoplaneet WASP-12b, op 600 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Auriga, heeft minder dan een duizendste van die tijd over:een relatief schamele 3 miljoen jaar.

Een door Princeton geleid team van astrofysici heeft aangetoond dat WASP-12b in een spiraal naar zijn moederster beweegt, op weg naar een zekere vernietiging. Hun artikel verschijnt in de 27 december, 2019, uitgave van de Astrofysische journaalbrieven .

WASP-12b staat bekend als een "hete Jupiter, " een gigantische gasplaneet zoals onze buurplaneet Jupiter, maar die heel dicht bij zijn eigen ster staat, in slechts 26 uur om zijn zon draait. (Daarentegen, we hebben 365 dagen nodig om om de aarde te draaien, en zelfs Mercurius, de binnenste planeet van ons zonnestelsel, duurt 88 dagen.)

"Sinds de ontdekking van de eerste 'hete Jupiter' in 1995 - een ontdekking die dit jaar werd erkend met de Nobelprijs voor de natuurkunde - hebben we ons afgevraagd hoe lang dergelijke planeten kunnen overleven, " zei Joshua Winn, een professor in de astrofysische wetenschappen aan Princeton en een van de auteurs van het artikel. "We waren er vrij zeker van dat ze niet eeuwig zouden kunnen duren. De sterke zwaartekrachtinteracties tussen de planeet en de ster zouden ervoor moeten zorgen dat de planeet naar binnen draait en vernietigd wordt, maar niemand kon voorspellen hoe lang dit duurt. Het kan miljoenen jaren duren, het kunnen miljarden of biljoenen zijn. Nu we de snelheid hebben gemeten, voor ten minste één systeem - het is miljoenen jaren - hebben we een nieuwe aanwijzing over het gedrag van sterren als vloeibare lichamen."

Het probleem is dat terwijl WASP-12b om zijn ster draait, de twee lichamen oefenen zwaartekracht op elkaar uit, het verhogen van "getijden" zoals de oceaangetijden die door de maan op aarde worden opgewekt.

Binnen de ster, deze vloedgolven zorgen ervoor dat de ster enigszins wordt vervormd en gaat oscilleren. Door wrijving, deze golven beuken en de trillingen sterven af, een proces dat de baanenergie van de planeet geleidelijk omzet in warmte in de ster.

De wrijving die gepaard gaat met de getijden oefent ook een zwaartekrachtkoppel uit op de planeet, waardoor de planeet naar binnen spiraalt. Door te meten hoe snel de baan van de planeet krimpt, blijkt hoe snel de ster de baanenergie verdrijft, die astrofysici aanwijzingen geeft over het binnenste van sterren.

"Als we meer planeten zoals WASP-12b kunnen vinden waarvan de banen vervallen, we zullen leren over de evolutie en het uiteindelijke lot van exoplanetaire systemen, " zei eerste auteur Samuel Yee, een afgestudeerde student in de astrofysische wetenschappen. "Hoewel dit fenomeen in het verleden is voorspeld voor nabije reuzenplaneten zoals WASP-12b, dit is de eerste keer dat we dit proces in actie hebben gezien."

Een van de eersten die die voorspelling deed, was Frederic Rasio, de Joseph Cummings hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan de Northwestern University, die niet betrokken was bij het werk van Yee en Winn. "We hebben allemaal bijna 25 jaar gewacht voordat dit effect observatief werd gedetecteerd, " zei Rasio. "De implicaties van de korte tijdschaal gemeten voor orbitaal verval zijn ook erg belangrijk. Het betekent met name dat er nog veel meer hete Jupiters moeten zijn die al helemaal zijn gegaan. Wanneer ze de Roche-limiet bereiken - de limiet voor getijdenverstoring voor een object in een cirkelvormige baan - kunnen hun enveloppen worden gestript, het onthullen van een rotsachtige kern die eruitziet als een superaarde (of misschien een mini-Neptunus als ze een beetje van hun envelop kunnen behouden)."

Rasio bewerkt ook Astrofysische journaalbrieven , het tijdschrift waarin de nieuwe krant verschijnt. De onderzoekers hadden hun paper oorspronkelijk ingediend bij een minder prestigieus zustertijdschrift dat ook werd gepubliceerd door de American Astronomical Society, maar Rasio stuurde het door naar ApJ Letters vanwege de "bijzonder grote betekenis" van het onderzoek. "Een deel van mijn taak is ervoor te zorgen dat alle belangrijke nieuwe ontdekkingen die worden gepresenteerd in manuscripten die zijn ingediend bij de AAS Journals, in aanmerking komen voor publicatie in ApJ Letters, "zei hij. "In dit geval was het een no-brainer."

WASP-12b werd in 2008 ontdekt via de transitmethode, waarin astronomen een kleine dip in de helderheid van een ster waarnemen als de planeet ervoor beweegt, elke keer dat het een baan voltooit. Sinds zijn ontdekking, het interval tussen opeenvolgende dips is met 29 milliseconden per jaar verkort - een observatie die voor het eerst werd opgemerkt in 2017 door co-auteur Kishore Patra, vervolgens een undergraduate aan het Massachusetts Institute of Technology.

Die kleine verkorting zou kunnen suggereren dat de baan van de planeet krimpt, maar er zijn andere mogelijke verklaringen:als de baan van WASP-12b meer ovaal dan cirkelvormig is, bijvoorbeeld, de schijnbare veranderingen in de baanperiode kunnen worden veroorzaakt door de veranderende oriëntatie van de baan.

De manier om er zeker van te zijn of de baan daadwerkelijk korter wordt, is door de planeet achter zijn ster te zien verdwijnen. bekend als occultatie. Als de baan alleen maar van richting verandert, de werkelijke omlooptijd verandert niet, dus als transits sneller plaatsvinden dan verwacht, occultaties zouden langzamer moeten plaatsvinden. Maar als de baan echt aan het vervallen is, de timing van zowel transits als occultaties zou in dezelfde richting moeten verschuiven.

In de afgelopen twee jaar, de onderzoekers hebben meer gegevens verzameld, inclusief nieuwe occultatie-waarnemingen gemaakt met de Spitzer Space Telescope.

"Deze nieuwe gegevens ondersteunen sterk het scenario voor orbitaal verval, waardoor we vastberaden kunnen zeggen dat de planeet inderdaad in een spiraal naar zijn ster draait, "zei Yee. "Dit bevestigt de al lang bestaande theoretische voorspellingen en indirecte gegevens die suggereren dat hete Jupiters uiteindelijk door dit proces moeten worden vernietigd."

Deze ontdekking zal theoretici helpen de interne werking van sterren te begrijpen en andere gegevens met betrekking tot getijdeninteracties te interpreteren, zei Win. "Het vertelt ons ook over de levens van hete Jupiters, een aanwijzing die zou kunnen helpen licht te werpen op de vorming van deze vreemde en onverwachte planeten."