Een internationaal team van astronomen, waaronder een groep van de Universiteit van Warwick, hebben de eerste Ultra Hete Neptunus-planeet ontdekt in een baan om de nabije ster LTT 9779.

De wereld draait zo dicht bij zijn ster dat zijn jaar slechts 19 uur duurt, wat betekent dat de stellaire straling de planeet verwarmt tot meer dan 1700 graden Celsius.

Bij deze temperaturen zware elementen zoals ijzer kunnen in de atmosfeer worden geïoniseerd en moleculen worden losgekoppeld, een uniek laboratorium bieden om de chemie van planeten buiten het zonnestelsel te bestuderen.

Hoewel de wereld twee keer zoveel weegt als Neptunus, het is ook iets groter en heeft dus een vergelijkbare dichtheid. Daarom, LTT 9779b zou een enorme kern moeten hebben van ongeveer 28 aardmassa's, en een atmosfeer die ongeveer 9% van de totale planetaire massa uitmaakt.

Het systeem zelf is ongeveer half zo oud als de zon, op 2 miljard jaar oud, en gezien de intense straling, een Neptunus-achtige planeet zou niet zo lang zijn atmosfeer behouden, het bieden van een intrigerende puzzel om op te lossen; hoe zo'n onwaarschijnlijk systeem is ontstaan.

LTT 9779 is een zonachtige ster op een afstand van 260 lichtjaar, astronomisch gezien op een steenworp afstand. Het is super metaalrijk, met tweemaal de hoeveelheid ijzer in zijn atmosfeer dan de zon. Dit zou een belangrijke aanwijzing kunnen zijn dat de planeet oorspronkelijk een veel grotere gasreus was, aangezien deze lichamen zich bij voorkeur dicht bij sterren vormen met de hoogste ijzerconcentraties.

De eerste indicaties van het bestaan ​​van de planeet werden gemaakt met behulp van de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), als onderdeel van zijn missie om kleine transiterende planeten in een baan in de buurt en heldere sterren aan de hele hemel te ontdekken. Dergelijke transits worden gevonden wanneer een planeet recht voor zijn moederster passeert, het blokkeren van een deel van het sterrenlicht, en de hoeveelheid geblokkeerd licht onthult de grootte van de metgezel. Werelden zoals deze, eenmaal volledig bevestigd, kunnen astronomen hun atmosfeer onderzoeken, het verschaffen van een dieper begrip van planeetvorming en evolutieprocessen.

Het transitsignaal werd begin november 2018 snel bevestigd als afkomstig van een planetair massalichaam, gebruikmakend van waarnemingen die zijn gedaan met het High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher (HARPS)-instrument, gemonteerd op de 3,6 m telescoop van de ESO la Silla Observatory in het noorden van Chili. HARPS gebruikt de Doppler Wobble-methode om planeetmassa's en baankenmerken zoals periode te meten. Wanneer objecten worden gevonden om te passeren, Doppler-metingen kunnen worden georganiseerd om de planetaire aard op een efficiënte manier te bevestigen. In het geval van LTT 9779b, het team kon de realiteit van de planeet bevestigen na slechts een week van observaties.

De University of Warwick is een toonaangevende instelling binnen het Next-Generation Transit Survey (NGTS) consortium, wiens telescopen in Paranal in Chili vervolgwaarnemingen deden om de ontdekking van de planeet te helpen bevestigen. Dr. George King van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Warwick werkte aan de analyse van de bevindingen.

Hij zei:"We waren erg blij toen onze NGTS-telescopen het transitsignaal van deze opwindende nieuwe planeet bevestigden. De daling in helderheid is slechts twee tiende van een procent, en er zijn maar weinig telescopen die zulke nauwkeurige metingen kunnen doen."

Professor James Jenkins van de afdeling Astronomie van de Universidad de Chile, die het team leidde, zei:"De ontdekking van LTT 9779b zo vroeg in de TESS-missie was een complete verrassing; een gok die zijn vruchten afwierp. De meeste transitgebeurtenissen met minder perioden dan op een dag blijken vals-positieven te zijn, normaal verduisterende dubbelsterren op de achtergrond."

LTT 9779b is inderdaad een zeldzaam beest, bestaande in een dunbevolkt gebied van de planetaire parameterruimte. "De planeet bestaat in iets dat bekend staat als de 'Neptune Desert', een regio zonder planeten als we kijken naar de populatie van planetaire massa's en afmetingen. Hoewel ijzige reuzen een vrij algemeen bijproduct lijken te zijn van het planeetvormingsproces, dit is niet het geval heel dicht bij hun sterren. We geloven dat deze planeten in de loop van de kosmische tijd van hun atmosfeer worden ontdaan, eindigen als zogenaamde Ultra Short Period-planeten", legt Jenkins uit.

Berekeningen door Dr. King bevestigden dat de atmosfeer van LTT 9779b van zijn atmosfeer had moeten worden ontdaan door een proces dat fotoverdamping wordt genoemd. Hij zei:"Intense röntgenstraling en ultraviolet van de jonge moederster zullen de bovenste atmosfeer van de planeet hebben verwarmd en de atmosferische gassen de ruimte in moeten hebben gedreven." Anderzijds, De berekeningen van Dr. King toonden aan dat er niet genoeg röntgenstraling was om LTT 9779b te laten beginnen als een veel massievere gasreus. "Fotoverdamping had moeten resulteren in een kale rots of een gasreus, ' legde hij uit. 'Wat betekent dat er iets nieuws en ongewoons moet zijn dat we moeten proberen uit te leggen over de geschiedenis van deze planeet.'

Professor Jenkins merkte op:"Planetaire structuurmodellen vertellen ons dat de planeet een door een gigantische kern gedomineerde wereld is, maar cruciaal, er zouden twee tot drie aardmassa's van atmosferisch gas moeten bestaan. Maar als de ster zo oud is, waarom bestaat er überhaupt een atmosfeer? We zullen, als LTT 9779b zijn leven begon als een gasreus, dan zou een proces genaamd Roche Lobe Overflow aanzienlijke hoeveelheden atmosferisch gas op de ster kunnen hebben overgebracht."

Roche Lobe Overflow is een proces waarbij een planeet zo dicht bij zijn ster komt dat de sterkere zwaartekracht van de ster de buitenste lagen van de planeet kan vangen, waardoor het naar de ster wordt overgebracht en zo de massa van de planeet aanzienlijk vermindert. Modellen voorspellen uitkomsten die vergelijkbaar zijn met die van het LTT 9779-systeem, maar ze vereisen ook wat finetuning.

"Het kan ook zijn dat LTT 9779b vrij laat op de dag in zijn huidige baan arriveerde, en heeft dus geen tijd gehad om van de atmosfeer te worden ontdaan. Botsingen met andere planeten in het systeem kunnen het naar binnen in de richting van de ster hebben geworpen. Inderdaad, omdat het zo'n unieke en zeldzame wereld is, meer exotische scenario's kunnen plausibel zijn", voegde Jenkins eraan toe.

Aangezien de planeet een significante atmosfeer lijkt te hebben, en dat het om een ​​relatief heldere ster draait, toekomstige studies van de planetaire atmosfeer kunnen enkele van de mysteries ontrafelen die verband houden met hoe dergelijke planeten ontstaan, hoe ze evolueren, en de details van waar ze van gemaakt zijn. Jenkins concludeerde:"De planeet is erg heet, die een zoektocht motiveert naar elementen zwaarder dan waterstof en helium, samen met geïoniseerde atoomkernen. Het is ontnuchterend om te bedenken dat deze 'onwaarschijnlijke planeet' waarschijnlijk zo zeldzaam is dat we geen ander vergelijkbaar laboratorium zullen vinden om de aard van Ultra Hot Neptunes in detail te bestuderen. Daarom, we moeten elk greintje kennis halen dat we kunnen uit deze ruwe diamant, het de komende jaren observeren met zowel ruimtegebaseerde als grondgebaseerde instrumenten."

"Een ultra hete Neptunus in de Neptunuswoestijn" is gepubliceerd in Natuurastronomie .