Recente waarnemingen door NASA's Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen van ultrahete Jupiter-achtige planeten hebben theoretici verbijsterd. De spectra van deze planeten hebben gesuggereerd dat ze exotische - en onwaarschijnlijke - composities hebben.

Echter, een nieuwe studie die zojuist is gepubliceerd door een onderzoeksteam met onder meer de astrofysicus Michael Line van de Arizona State University, een assistent-professor in ASU's School of Earth and Space Exploration, stelt een verklaring voor - dat deze gasrijke planeten samenstellingen hebben die in principe normaal zijn, afgaand op wat bekend is over planeetvorming. Wat er anders aan hen is, is dat de atmosferen aan hun dagzijden meer lijken op de atmosfeer van een ster dan op een planeet.

"Het interpreteren van de spectra van de heetste van deze Jupiter-achtige planeten vormt al jaren een netelige puzzel voor onderzoekers, ' zei Lijn.

De grootste puzzel is waarom waterdamp lijkt te ontbreken in de atmosferen van deze werelden, wanneer het overvloedig aanwezig is in vergelijkbare maar iets koelere planeten.

Volgens de nieuwe studie ultrahete Jupiters bezitten inderdaad de ingrediënten voor water (waterstof- en zuurstofatomen). Maar door de sterke straling aan de dagzijde van de planeet, de temperaturen daar gaan zo hoog dat watermoleculen volledig uit elkaar worden gescheurd.

Met ultrahete Jupiters die extreem dicht bij hun sterren cirkelen, de ene kant van de planeet is voortdurend naar de ster gericht, terwijl de nachtzijde wordt gegrepen door eindeloze duisternis.

Overdag temperaturen bereiken tussen 3, 600 tot 5, 400 graden Fahrenheit (2, 000 tot 3, 000 graden Celsius), rangschikking van ultrahete Jupiters tot de heetste exoplaneten die bekend zijn. En de nachttemperaturen liggen rond de 1, 800 graden Fahrenheit koeler.

Ster-planeet hybriden

Onder de groeiende catalogus van planeten buiten ons zonnestelsel - bekend als exoplaneten - onderscheiden ultrahete Jupiters zich al ongeveer tien jaar als een aparte klasse.

"De dagzijden van deze werelden zijn ovens die meer op een stellaire atmosfeer lijken dan op een planetaire atmosfeer, " zei Vivien Parmentier, een astrofysicus aan de universiteit van Aix Marseille in Frankrijk en hoofdauteur van de nieuwe studie gepubliceerd in Astronomie en astrofysica . "Op deze manier, ultrahete Jupiters strekken zich uit hoe we denken dat planeten eruit zouden moeten zien."

Terwijl telescopen zoals Spitzer en Hubble wat informatie kunnen verzamelen over de dagzijden van ultrahete Jupiters, hun nightsides zijn moeilijk voor de huidige instrumenten om te sonderen.

Het nieuwe artikel stelt een model voor voor wat er zou kunnen gebeuren aan zowel de verlichte als de donkere kant van deze planeten. Het model is grotendeels gebaseerd op observaties en analyses van drie recent gepubliceerde onderzoeken, co-auteur van Parmentier, Lijn, en anderen, die zich richten op drie ultrahete Jupiters, WASP-103b, WASP-18b, en HAT-P-7b.

De nieuwe studie suggereert dat felle winden aangedreven door verwarming de verscheurde watermoleculen in de koelere nachthelften van de planeten kunnen blazen. Daar kunnen de atomen recombineren tot moleculen en condenseren tot wolken, allemaal voordat ze terugdrijven naar de dagkant om weer uit elkaar te worden gerukt.

Familie gelijkenis?

Hete Jupiters waren de eerste wijdverbreide soort exoplaneet, beginnend in het midden van de jaren negentig. Dit zijn koelere neven van ultrahete Jupiters, met dagtemperaturen onder de 3, 600 graden Fahrenheit (2, 000 Celsius).

Water heeft bewezen veel voor te komen in hun atmosferen, en dus toen ultrahete Jupiters werden gevonden, astronomen verwachtten dat ze ook water in hun atmosfeer zouden laten zien. Maar er bleek water te ontbreken aan hun gemakkelijk waarneembare dagzijden, waardoor theoretici naar alternatieve, zelfs exotisch, composities.

Een hypothese waarom water afwezig leek in ultrahete Jupiters was dat deze planeten gevormd moeten zijn met zeer hoge niveaus van koolstof in plaats van zuurstof. Toch kon dit idee niet de sporen van water verklaren die soms werden gedetecteerd op de grens tussen dag en nacht.

Om de blokkade te doorbreken, het onderzoeksteam baseerde zich op gevestigde fysieke modellen van stellaire atmosferen, evenals "mislukte sterren, " bekend als bruine dwergen, waarvan de eigenschappen enigszins overlappen met hete en ultrahete Jupiters.

"Onvoldaan met extreme composities, we dachten beter na over het probleem, " zei Line. "Toen realiseerden we ons dat veel eerdere interpretaties een aantal belangrijke natuurkunde en scheikunde misten die bij deze ultrahete temperaturen plaatsvindt."

Het team paste een model van een bruine dwerg aan, ontwikkeld door Mark Marley, een van de co-auteurs van het artikel en een onderzoekswetenschapper bij NASA's Ames Research Center in Silicon Valley, Californië, in het geval van ultrahete Jupiters. Door de atmosferen van ultrahete Jupiters meer als laaiende sterren te behandelen dan als conventioneel koudere planeten, werd een manier geboden om de waarnemingen van Spitzer en Hubble te begrijpen.

"Met deze onderzoeken we brengen een deel van de eeuwenoude kennis die we hebben opgedaan bij het bestuderen van de astrofysica van sterren, naar het nieuwe onderzoeksterrein van exoplanetaire atmosferen, ' zei Parmentier.

"Onze rol in dit onderzoek was om de waargenomen spectra van deze planeten te nemen en hun fysica zorgvuldig te modelleren, " zei Line. "Dit liet ons zien hoe we de waargenomen spectra kunnen produceren met behulp van gassen die waarschijnlijker aanwezig zijn onder de extreme omstandigheden. Deze planeten hebben geen exotische composities of ongebruikelijke paden nodig om ze te maken."