CI Tau b is een paradoxale planeet, maar nieuw onderzoek naar zijn massa, helderheid en het koolmonoxide in zijn atmosfeer begint vragen te beantwoorden over hoe een planeet zo groot kon zijn gevormd rond een ster die slechts 2 miljoen jaar oud is.

Tijdens de bijeenkomst van vandaag van de American Astronomical Society, astronomen Christopher Johns-Krull van Rice University en Lisa Prato van Lowell Observatory presenteerden bevindingen van een vier jaar durende bijna-infrarood spectroscopische analyse van licht van CI Tau b, een dicht in een baan om de aarde draaiende gigantische exoplaneet, of "hete Jupiter, " in een baan van negen dagen rond zijn moederster op ongeveer 450 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Stier.

"Het opwindende is dat we licht rechtstreeks van de planeet kunnen detecteren, en het is de eerste keer dat dit is gedaan voor een nabije planeet rond een ster zo jong, " zei Johns-Krull, hoogleraar natuurkunde en astronomie en co-auteur van een studie die is gepland voor publicatie in AAS's Astrofysische journaalbrieven . "De meest waardevolle manier om te leren hoe planeten worden gevormd, is door planeten te bestuderen, zoals CI Tau b, die zich nog aan het vormen zijn of net zijn gevormd."

Al decenia, de meeste astronomen geloofden dat reuzenplaneten zoals Jupiter en Saturnus gedurende een periode van 10 miljoen jaar of meer ver van hun sterren zijn gevormd. Maar de ontdekking van tientallen 'hete Jupiters' leidde tot nieuwe theoretische modellen die beschrijven hoe dergelijke planeten zouden kunnen ontstaan.

Johns-Krull zei dat de leeftijd van CI Tau b het de perfecte kandidaat maakte voor observatie met de Immersion Grating Infrared Spectrograph (IGRINS), een uniek, instrument met hoge resolutie dat werd gebruikt tijdens waarnemingen van CI Tau b van de 2,7-meter Harlan J. Smith-telescoop van het McDonald Observatory en de 4,3-meter Discovery Channel-telescoop van Lowell Observatory.

Omdat elk atomair element en molecuul in een ster licht uitzendt van een unieke reeks golflengten, astronomen kunnen zoeken naar specifieke handtekeningen, of spectraallijnen, om te zien of een element aanwezig is in een verre ster of planeten. Spectrale lijnen kunnen ook de temperatuur en dichtheid van een ster onthullen en hoe snel deze beweegt.

Prato zei dat het onderzoeksteam de spectraallijnen van koolmonoxide gebruikte om het door de planeet uitgestraalde licht te onderscheiden van het licht van de nabije ster.

"Veel van de spectraallijnen die zich op de planeet bevinden, bevinden zich ook in de ster, "Zei Prato. "Als zowel de planeet als de ster stil zouden staan, hun spectraallijnen zouden allemaal samenvloeien, en we zouden niet kunnen zeggen wat van de ster was en wat van de planeet. Maar omdat de planeet snel om de ster draait, de lijnen verschuiven dramatisch heen en weer. We kunnen de lijnen van de ster aftrekken en alleen de lijnen van de planeet zien. En van die, we kunnen bepalen hoe helder de planeet is, ten opzichte van de ster, wat ons iets vertelt over hoe het gevormd is."

Dat komt omdat de helderheid van een ster of planeet afhangt van zowel de grootte als de temperatuur.

"Direct observationeel bewijs van de massa en helderheid van CI Tau b is bijzonder nuttig omdat we ook weten dat het om een ​​zeer jonge ster draait, " zei Rice PhD-student Laura Flagg, de hoofdauteur van de aanstaande studie. "De meeste van de hete Jupiters die we hebben gevonden draaien om sterren van middelbare leeftijd. De leeftijd van CI Tau geeft een strikte beperking voor het testen van modellen:kunnen ze in zo'n korte tijd een planeet produceren die zo helder en zo massief is?"

Flagg's analyse van spectraallijnen van koolmonoxide toonde aan dat CI Tau b een massa heeft van 11,6 Jupiters en ongeveer 134 keer zwakker is dan zijn moederster. Prato zei dat dit sterk bewijs levert dat het gevormd is via een "hot start, " een theoretisch model dat beschrijft hoe zwaartekrachtinstabiliteiten sneller reuzenplaneten kunnen vormen dan traditionele modellen.

Prato zei dat de nieuwe studie een unieke empirische maatstaf biedt om concurrerende theorieën te meten.

"Op ongeveer 2 miljoen jaar oud, CI Tau b is verreweg de jongste hete Jupiter die direct is gedetecteerd, "zei ze. "We hebben er nu een massa en helderheid voor - de enige direct gemeten massa en helderheid voor een jonge hete Jupiter - en dat levert zeer sterke tests op voor planeetvormingsmodellen."

IGRINS, die is ontworpen door studie co-auteur Daniel Jaffe van de Universiteit van Texas in Austin, maakt gebruik van een op silicium gebaseerd diffractierooster om zowel de resolutie als het aantal nabij-infrarode spectrale banden te verbeteren die kunnen worden waargenomen vanaf verre objecten zoals CI Tau b en zijn moederster. IGRINS werd halverwege het onderzoek van McDonald naar Lowell verplaatst.

Andere co-auteurs zijn onder meer Larissa Nofi en Joe Llama van Lowell Observatory, en Kendall Sullivan en Gregory Mace van zowel UT Austin als het McDonald Observatory.