Astronomen hebben een zeldzame, warm, massieve Jupiter-achtige planeet in een baan om een ​​ster die extreem snel roteert. De ontdekking roept raadselachtige vragen op over de vorming van planeten - volgens de huidige modellen worden noch de relatief kleine massa van de planeet noch de grote afstand tot zijn moederster verwacht. De waarnemingen die tot de ontdekking hebben geleid, zijn gedaan met behulp van het SPHERE-instrument van ESO's zeer grote telescoop. Het artikel waarin de resultaten worden beschreven, is geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Astronomie en astrofysica .

Om Isaac Asimov te parafraseren, wetenschappelijke vooruitgang wordt niet zozeer aangekondigd door "Eureka!" dan door "Hm, dit is vreemd!" Het nieuw ontdekte planetenstelsel HIP 65426 is een goed voorbeeld:met een centrale ster in ultrasnelle rotatie, de afwezigheid van een gasschijf die men zou verwachten voor een systeem van 14 miljoen jaar oud en een relatief lichte, verre planeet, het systeem past niet helemaal in de bestaande modellen voor het ontstaan ​​van planetenstelsels.

Planeten worden gevormd in gigantische schijven van gas en stof die jonge sterren omringen. In de jonge planetenstelsels die tot nu toe zijn gevonden, inclusief alle waarnemingen met het SPHERE-instrument, restanten van de schijf zijn meestal nog zichtbaar. Er is een zekere mate van correlatie in massa:massieve sterren hebben meestal massievere schijven, meer massieve planeten vormen.

Voer HIP 65426b in, een planeet die onlangs is ontdekt door een groep astronomen, waaronder onderzoekers van het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), en zijn hostsysteem. HIP 65426b werd ontdekt met het SPHERE-instrument van de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili, die een direct beeld van de planeet nam. De centrale ster, HIP 65426, maakt deel uit van wat een stellaire kleuterschool zou kunnen worden genoemd:de Scorpius-Centaurus-vereniging die tussen 3000 en 5000 sterren bevat die zich ongeveer tegelijkertijd vormden, op een afstand van bijna 400 lichtjaar van de aarde. Door algemene astronomische technieken toe te passen voor het dateren van sterren, zowel op HIP 65426 afzonderlijk als op zijn stellaire buren, hieruit volgt dat HIP 65426 slechts ongeveer 14 miljoen jaar oud is.

Gael Chauvin van de Universiteit van Grenoble en de Universiteit van Chili, de hoofdauteur van de studie, zegt:"We zouden verwachten dat een planetair systeem van zo'n jonge leeftijd nog steeds een schijf van stof heeft, die in waarnemingen zouden kunnen blijken. HIP 65426 heeft op dit moment niet zo'n schijf bekend - een eerste indicatie dat dit systeem niet helemaal past in onze klassieke modellen van planetaire vorming."

Een ongewone planeet

Er is, echter, de planeet HIP 65426b. Door de directe waarnemingen te vergelijken met geschikte modellen, HIP 65426b is een warme Jupiter-achtige planeet, met een temperatuur van ongeveer 1300-1600 Kelvin (1000-1300 graden Celsius), ongeveer 1,5 keer de straal van Jupiter, en tussen 6 en 12 keer de massa van Jupiter. Dit zou van HIP 65426b een gasreus maken, zoals Jupiter, met een vaste kern en dikke lagen (meestal waterstof) gas. Inderdaad, spectrale onderzoeken met behulp van de spectrograaf van SPHERE wijzen op de aanwezigheid van waterdamp en roodachtige wolken, vergelijkbaar met die van Jupiter. De planeet is ver weg, in een baan om zijn moederster op 100 astronomische eenheden (100 keer de gemiddelde afstand aarde-zon, en meer dan drie keer de afstand van Neptunus tot de zon).

Opnieuw, dit vertegenwoordigt verschillende niveaus van vreemdheid:sterren van het type HIP 65426 (spectraalklasse A2V) zullen naar verwachting ongeveer tweemaal de massa van de zon hebben; lang werd aangenomen dat zo'n ster veel massievere reuzenplaneten zou hebben dan de 6-12 Jupitermassa's van HIP 65426b. Anderzijds, zulke gigantische planeten zouden niet zo ver weg worden verwacht als HIP 65426b.

Tenslotte, de gastheerster HIP 65426 is speciaal, ook:volgens spectra die zijn gemaakt met ESO's HARPS-spectrograaf, het draait ongeveer 150 keer zo snel als de zon. Er is maar één andere ster van hetzelfde type die zo snel ronddraait, en die maakt deel uit van een dubbelstersysteem. In een dergelijk systeem, materieoverdracht van de ene ster naar de andere kan de ontvangende ster doen draaien. Hoe een enkele ster zo veel heeft kunnen versnellen, vereist een verklaring.

De oorsprong van HIP 654426b:een systeembreed drama?

Tot dusver, de astronomen kunnen alleen maar speculeren over de oorsprong van de eigenaardige eigenschappen van het nieuw ontdekte systeem. Een mogelijk scenario omvat een regelmatig drama op planetaire schaal:aanvankelijk HIP 65426b zou veel dichter bij de ster zijn gevormd (waardoor de relatief lage massa wordt verklaard), en ten minste één ander massief lichaam zou zich ook hebben gevormd. Op een gegeven moment, HIP 65426b en dat andere lichaam zouden dichtbij genoeg zijn gekomen om HIP 65426b naar buiten te laten springen (tot de huidige grote afstand) en het andere lichaam naar binnen te bewegen en samen te smelten met de ster (waardoor de ster snel draait). De planeten die het systeem doorkruisen, kunnen ook de schijf hebben gedestabiliseerd, verklaren waarom het niet lang genoeg overleefde om te worden waargenomen.

Een alternatieve verklaring zou een specifieke dynamiek van de protoplanetaire schijf zijn, waarbij zowel de ster als de planeet zich vormen door instorting tegelijkertijd door fragmentatie - wat nog steeds een verklaring zou vereisen voor waarom de schijf zo kortstondig was om nu verdwenen te zijn.

Meer definitieve verklaringen zullen moeten wachten op aanvullende waarnemingen en simulaties. Ze kunnen een impact hebben op ons begrip van hoe gasreuzen ontstaan, ontwikkelen, en eventueel migreren, in het algemeen. Dit, beurtelings, is cruciaal voor het begrijpen van de vorming van planetaire systemen als geheel:de massa van de gastster terzijde, het grootste deel van de massa in een planetenstelsel wordt gedragen door zulke reuzenplaneten, en de aanwezigheid en eigenschappen van zulke planeten hebben een beslissende invloed op de vorming van hun kleinere neven, zoals aardachtige planeten of superaarde.

Voor het SPHERE-team, de ontdekking heeft een extra speciale betekenis. Dit is de eerste planeet die is ontdekt met behulp van het SPHERE-instrument. MPIA-directeur Thomas Henning, die een van de grondleggers is van het SPHERE-instrument en een co-auteur van de huidige studie, voegt toe:"Directe beelden van exoplaneten zijn nog steeds erg zeldzaam, maar ze bevatten een schat aan informatie over planeten zoals HIP 65426b. De analyse van het directe licht van de planeet stelt ons in staat om de samenstelling van de atmosfeer van de planeet met groot vertrouwen te beperken. "Beelden bestaan ​​voor minder dan 20 van de momenteel bekende 3600 exoplaneten; de gebruikelijke detectiemethoden zijn allemaal indirect, afhankelijk van hoe de aanwezigheid van een planeet het licht van de gastster beïnvloedt. Directe beeldvorming is erg moeilijk, aangezien sterren zo helder zijn, overstemt hun licht elk licht van omringende planeten. SPHERE is ontworpen om het licht van de sterren optimaal te onderdrukken, waardoor afbeeldingen en spectra van omringende planeten mogelijk zijn. Tot dusver, directe beeldvorming is de enige manier om planeten te detecteren waarvan de afstand tot hun moederster groot is - planeten zoals de ongewone HIP 65426b.