Een internationaal team van wetenschappers heeft onlangs het spectrum van de atmosfeer van een zeldzame hete exoplaneet van Neptunus gemeten, wiens ontdekking door NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) vorige maand werd aangekondigd.

De ontdekking werd gedaan met gegevens van de nu gepensioneerde NASA Spitzer Space Telescope, waardoor een unieke, infraroodbeeld van het heelal om gebieden in de ruimte te bekijken die voor optische telescopen verborgen zijn.

Een van de hoofddoelen van NASA's TESS-missie is het vinden van nieuwe, kleine planeten die goede doelen zouden zijn voor atmosferische karakterisering. Vroeg in zijn missie, het vond LTT9779b, een planeet in een baan rond een zonachtige ster op 260 lichtjaar afstand van de aarde. deze planeet, iets groter dan Neptunus, draait heel dicht bij zijn ster. De planeet wordt gevonden in de "hete woestijn van Neptunus, " waar planeten niet zouden moeten bestaan. Inderdaad, de meest nabije hete exoplaneten zijn ofwel gasreuzen ter grootte van Jupiter of Saturnus die genoeg massa hebben om het grootste deel van hun atmosfeer vast te houden door hun hoge zwaartekracht te gebruiken tegen de verdamping veroorzaakt door de ster, of kleine rotsachtige exoplaneten die lang geleden hun atmosfeer aan de ster hebben verloren.

"Deze ultrahete Neptunus is een 'middelgrote' exoplaneet die heel dicht bij zijn ster draait (het duurt slechts 19 uur om een ​​baan te voltooien), maar de lage dichtheid geeft aan dat het nog steeds een atmosfeer heeft die minstens 10 procent van de massa van de planeet weegt, " verklaarde University of New Mexico Physics and Astronomy Assistant Professor Diana Dragomir, die het werk leidt waarbij meer dan 25 instellingen betrokken waren.

De leeftijd van dit systeem is 2 miljard jaar. Bij deze hoge temperatuur de atmosfeer van de planeet had al lang geleden moeten verdampen, vroeg in het leven van het systeem. "Hete Neptunus is zeldzaam, en een in zo'n extreme omgeving als deze is moeilijk uit te leggen omdat de massa niet groot genoeg is om een ​​atmosfeer heel lang vast te houden. Dus hoe is het gelukt? LTT9779b liet ons achter onze oren krabben, maar het feit dat het een atmosfeer heeft, geeft ons een zeldzame manier om dit type planeet te onderzoeken, dus besloten we het te onderzoeken met een andere telescoop, ' voegde Dragomir eraan toe.

Om de samenstelling van de atmosfeer te onderzoeken en meer licht te werpen op de oorsprong ervan, wetenschappers verkregen secundaire eclipswaarnemingen met de Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) van de hete Neptunus. De Spitzer-waarnemingen bevestigden een atmosferische aanwezigheid en maakten een meting van de zeer hoge temperatuur van de planeet mogelijk, ongeveer 2, 000 Kelvin (ongeveer 3, 000 graden Fahrenheit). "Voor de eerste keer, we hebben het licht gemeten dat afkomstig is van een planeet die niet zou moeten bestaan!" Zei Dragomir.

Na het combineren van de Spitzer-waarnemingen met een meting van de secundaire zonsverduistering in de TESS-bandpass, de wetenschappers bestudeerden het resulterende emissiespectrum en identificeerden bewijs van moleculaire absorptie in de atmosfeer van de planeet, waarvan zij denken dat het waarschijnlijk te wijten is aan koolmonoxide. Dit molecuul is niet onverwacht in de atmosferen van hete grote planeten (hete Jupiters), maar het vinden in een hete Neptunus kan aanwijzingen geven over de oorsprong van deze planeet en hoe het erin slaagde zijn atmosfeer vast te houden. Dit resultaat vormt de eerste detectie van atmosferische kenmerken in een exoplaneet ontdekt door TESS, en de allereerste voor een ultra-hete Neptunus.

"Als er veel atmosfeer rond de planeet is, zoals het geval is voor LTT9779b, dan kun je het gemakkelijker bestuderen, " zei Dragomir. "Een kleinere atmosfeer zou veel moeilijker te observeren zijn." De resultaten geven aan dat LTT9779b een uitstekend doelwit is voor aanvullende karakterisering met NASA's aankomende James Webb Space Telescope (JWST), die ook zou kunnen verifiëren of de waargenomen moleculaire absorptie inderdaad te wijten is aan koolmonoxide.

Een begeleidend papier, onder leiding van Kansas University assistent-professor Ian Crossfield, vond ook tekenen die erop wezen dat de atmosfeer van de planeet meer zware elementen bevat dan verwacht. Dit is extra intrigerend omdat de twee planeten van vergelijkbare grootte in ons zonnestelsel, Neptunus en Uranus, zijn voornamelijk samengesteld uit lichte elementen zoals waterstof en helium.

"LTT9779 is een van die superspannende doelen, een zeer zeldzame edelsteen voor ons begrip van hete Neptunus. We denken dat we koolmonoxide in de atmosfeer hebben gedetecteerd en dat de permanente dagzijde erg heet is, terwijl er zeer weinig warmte naar de nachtzijde wordt getransporteerd, zei Björn Benneke, professor aan de Université de Montréal en lid van het Instituut voor Onderzoek naar exoplaneten (iREx). "Beide bevindingen doen LTT9779b zeggen dat er een zeer sterk signaal is om te observeren, waardoor de planeet een zeer intrigerend doelwit is voor toekomstige gedetailleerde karakterisering met JWST."

Samen, deze resultaten vormen de basis voor soortgelijk onderzoek van een grotere steekproef van exoplaneten die zijn ontdekt in deze hete woestijn van Neptunus, die essentieel zijn om de oorsprong van deze unieke populatie exoplaneten te achterhalen.

Het onderzoek, Spitzer onthult bewijs van moleculaire absorptie in de atmosfeer van de hete Neptunus LTT 9779b, werd gepubliceerd in The Astrofysische journaalbrieven .