Voor de eerste keer, astronomen van MIT en elders hebben een ster waargenomen die pulseert als reactie op zijn baan om zijn planeet.

De ster, die de naam HAT-P-2 draagt, is ongeveer 400 lichtjaar van de aarde verwijderd en wordt omringd door een gasreus van acht keer de massa van Jupiter - een van de meest massieve exoplaneten die we vandaag kennen. De planeet, genaamd HAT-P-2b, volgt zijn ster in een zeer excentrieke baan, zeer dicht bij en rond de ster vliegen, dan ver weg denderen om uiteindelijk weer rond te cirkelen.

De onderzoekers analyseerden meer dan 350 uur aan waarnemingen van HAT-P-2 gemaakt door NASA's Spitzer Space Telescope, en ontdekte dat de helderheid van de ster elke 87 minuten een beetje lijkt te oscilleren. Vooral, de ster lijkt te trillen op exacte harmonischen, of veelvouden van de baanfrequentie van de planeet - de snelheid waarmee de planeet om zijn ster draait.

De nauwkeurig getimede pulsaties hebben de onderzoekers doen geloven dat, in tegenstelling tot de meeste theoretische modelgebaseerde voorspellingen van exoplanetair gedrag, HAT-P-2b kan zwaar genoeg zijn om zijn ster periodiek te vervormen, waardoor het gesmolten oppervlak van de ster opflakkert, of pols, in antwoord.

"We dachten dat planeten hun sterren niet echt kunnen opwekken, maar we vinden dat deze dat wel doet, " zegt Julien de Wit, een postdoc bij MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Er is een fysieke link tussen de twee, maar in dit stadium we kunnen het eigenlijk niet uitleggen. Dit zijn dus mysterieuze pulsaties die worden veroorzaakt door de metgezel van de ster."

De Wit is de hoofdauteur van een paper waarin de resultaten worden beschreven, vandaag gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven .

Een pols krijgen

Het team kwam bij toeval op de stellaire pulsaties. Oorspronkelijk, de onderzoekers probeerden een nauwkeurige kaart te maken van de temperatuurverdeling van een exoplaneet terwijl deze om zijn ster draait. Zo'n kaart zou wetenschappers helpen te volgen hoe energie door de atmosfeer van een planeet circuleert, die aanwijzingen kunnen geven voor de windpatronen en samenstelling van een atmosfeer.

Met dit doel voor ogen, het team beschouwde HAT-P-2 als een ideaal systeem:omdat de planeet een excentrische baan heeft, het wipt tussen extreme temperaturen, draaien
koud als het zich ver van zijn ster verwijdert, dan snel opwarmen terwijl het extreem dichtbij zwaait.

"De ster dumpt een enorme hoeveelheid energie in de atmosfeer van de planeet, en ons oorspronkelijke doel was om te zien hoe de atmosfeer van de planeet deze energie herverdeelt, ' zegt de Wit.

De onderzoekers kregen 350 uur aan waarnemingen van HAT-P-2, tussen juli 2011 en november 2015 met tussenpozen genomen door Spitzer's infraroodtelescoop. De dataset vertegenwoordigt een van de grootste die ooit door Spitzer is genomen, de Wit en zijn collega's veel waarnemingen geven om de ongelooflijk kleine signalen te detecteren die nodig zijn om de temperatuurverdeling van een exoplaneet in kaart te brengen.

Het team verwerkte de gegevens en concentreerde zich op het venster waarin de planeet het dichtst naderde, eerst voor en dan achter de ster passeren. Tijdens deze periodes, de onderzoekers maten de helderheid van de ster om de hoeveelheid energie te bepalen, in de vorm van warmte, overgebracht naar de planeet.

Elke keer dat de planeet achter de ster passeerde, zagen de onderzoekers iets onverwachts:in plaats van een platte lijn, wat een tijdelijke daling vertegenwoordigt terwijl de planeet wordt gemaskeerd door zijn ster, ze observeerden kleine pieken - oscillaties in het licht van de ster, met een periode van ongeveer 90 minuten, dat was toevallig een exact veelvoud van de baanfrequentie van de planeet.

"Het waren hele kleine signalen, "De Wit. "Het was alsof ik het gezoem van een mug opving die langs een straalmotor kwam, beide mijlen ver."

Veel theorieën, één groot mysterie

Stellaire pulsaties kunnen constant optreden als het oppervlak van een ster van nature kookt en omdraait. Maar de kleine pulsaties die De Wit en zijn collega's detecteren, lijken in overeenstemming te zijn met de baan van de planeet. De signalen, zij concludeerden, mag niet te wijten zijn aan iets in de ster zelf, maar op de rondcirkelende planeet of op een effect in de instrumenten van Spitzer.

De onderzoekers sloten het laatste uit na het modelleren van alle mogelijke instrumentele effecten, zoals trillingen, die van invloed kunnen zijn geweest op de metingen, en ontdekten dat geen van de effecten de pulsaties had kunnen veroorzaken die ze waarnamen.

"We denken dat deze pulsaties door de planeet moeten worden veroorzaakt, wat verrassend is, zegt de Wit. "We hebben dit gezien in systemen met twee roterende sterren die superzwaar zijn, waar de een de ander echt kan vervormen, laat de vervorming los, en de andere trilt. Maar we hadden niet verwacht dat dit zou gebeuren met een planeet, zelfs niet met zo'n enorme planeet."

"Dit is heel spannend, want als onze interpretaties correct zijn, het vertelt ons dat planeten een aanzienlijke invloed kunnen hebben op fysieke verschijnselen die in hun gastheersterren werken, " zegt co-auteur Victoria Antoci, een postdoc aan de Universiteit van Aarhus in Denemarken. "Met andere woorden, de ster 'weet' over zijn planeet en reageert op zijn aanwezigheid."

Het team heeft enkele theorieën over hoe de planeet zijn ster zou kunnen laten pulseren. Bijvoorbeeld, misschien verstoort de voorbijgaande zwaartekracht van de planeet de ster net genoeg om hem naar een zelf-pulserende fase te kantelen. Er zijn sterren die van nature pulseren, en misschien duwt HAT-P-2b zijn ster naar die staat, de manier waarop zout aan een sudderende pan water wordt toegevoegd, kan ervoor zorgen dat het overkookt. De Wit zegt dat dit slechts een van de vele mogelijkheden is, maar om tot de kern van de stellaire pulsaties te komen, is veel meer werk nodig.

"Het is een mysterie, maar het is geweldig, omdat het aantoont dat ons begrip van hoe een planeet zijn ster beïnvloedt niet compleet is, "De Wit. "Dus we zullen verder moeten gaan en uitzoeken wat daar aan de hand is."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.