Een planeet in een onwaarschijnlijke baan rond een dubbelster op 336 lichtjaar afstand kan een aanwijzing bieden voor een mysterie veel dichter bij huis:een veronderstelde, verre lichaam in ons zonnestelsel genaamd "Planet Nine".

Dit is de eerste keer dat astronomen in staat zijn om de beweging te meten van een massieve Jupiter-achtige planeet die zeer ver van zijn gastheersterren en zichtbare puinschijf is verwijderd. Deze schijf is vergelijkbaar met onze Kuipergordel van kleine, ijzige lichamen voorbij Neptunus. In ons eigen zonnestelsel de vermoedelijke Planeet Negen zou ook ver buiten de Kuipergordel in een vergelijkbare vreemde baan liggen. Hoewel de zoektocht naar een Planeet Negen doorgaat, deze ontdekking van een exoplaneet is het bewijs dat zulke vreemde banen mogelijk zijn.

"Dit systeem trekt een potentieel unieke vergelijking met ons zonnestelsel, " legde de hoofdauteur van het artikel uit, Meiji Nguyen van de Universiteit van Californië, Berkeley. "Het is zeer ver verwijderd van zijn gastheersterren in een excentrieke en zeer slecht uitgelijnde baan, net als de voorspelling voor Planet Nine. Dit roept de vraag op hoe deze planeten zijn gevormd en geëvolueerd om in hun huidige configuratie te eindigen."

Het systeem waarin deze gasreus zich bevindt is slechts 15 miljoen jaar oud. Dit suggereert dat onze Planeet Negen - als die al bestaat - heel vroeg in de evolutie van ons 4,6 miljard jaar oude zonnestelsel zou kunnen zijn gevormd.

Een extreme baan

De 11-Jupiter-massa exoplaneet genaamd HD 106906 b werd in 2013 ontdekt met de Magellan Telescopes bij het Las Campanas Observatorium in de Atacama-woestijn in Chili. Echter, astronomen wisten niets over de baan van de planeet. Hiervoor was iets nodig dat alleen de Hubble-ruimtetelescoop kon doen:zeer nauwkeurige metingen van de beweging van de zwerver gedurende 14 jaar met buitengewone precisie verzamelen. Het team gebruikte gegevens uit het Hubble-archief die bewijs leverden voor deze beweging.

De exoplaneet bevindt zich extreem ver van zijn gastheerpaar van heldere, jonge sterren - meer dan 730 keer de afstand van de aarde tot de zon, of bijna 6,8 miljard mijl. Deze brede scheiding maakte het een enorme uitdaging om de 15, 000 jaar lange baan in zo'n relatief korte tijdspanne van Hubble-waarnemingen. De planeet kruipt heel langzaam langs zijn baan, gezien de zwakke aantrekkingskracht van zijn zeer verre moedersterren.

Het Hubble-team was verrast om te ontdekken dat de afgelegen wereld een extreme baan heeft die erg verkeerd is uitgelijnd, langwerpig en buiten de puinschijf die de tweelinggastheersterren van de exoplaneet omringt. De puinschijf zelf ziet er heel ongewoon uit, misschien als gevolg van de zwaartekracht van de eigenzinnige planeet.

Hoe is het daar gekomen?

Dus hoe kwam de exoplaneet op zo'n verre en vreemd hellende baan? De heersende theorie is dat het veel dichter bij zijn sterren is gevormd, ongeveer drie keer de afstand die de aarde van de zon heeft. Maar de weerstand in de gasschijf van het systeem zorgde ervoor dat de baan van de planeet verviel, waardoor het naar binnen migreert naar zijn stellaire paar. De zwaartekrachteffecten van de wervelende tweelingsterren schopten het vervolgens naar een excentrische baan die het bijna uit het systeem gooide en in de leegte van de interstellaire ruimte. Toen stabiliseerde een passerende ster van buiten het systeem de baan van de exoplaneet en verhinderde dat deze zijn thuissysteem verliet.

Met behulp van nauwkeurige afstands- en bewegingsmetingen van de Gaia-surveysatelliet van de European Space Agency, kandidaat passerende sterren werden in 2019 geïdentificeerd door teamleden Robert De Rosa van de European Southern Observatory in Santiago, Chili, en Paul Kalas van de Universiteit van Californië.

Een rommelige schijf

In een in 2015 gepubliceerde studie Kalas leidde een team dat indirect bewijs vond voor het gedrag van de weggelopen planeet:de puinschijf van het systeem is sterk asymmetrisch, in plaats van een circulaire "pizzataart" -distributie van materiaal te zijn. De ene kant van de schijf is afgekapt ten opzichte van de andere kant, en het is ook verticaal verstoord in plaats van beperkt te zijn tot een smal vlak zoals gezien aan de andere kant van de sterren.

"Het idee is dat elke keer dat de planeet het dichtst bij de dubbelster komt, het wakkert het materiaal in de schijf aan, " legt De Rosa uit. "Dus elke keer dat de planeet doorkomt, het kapt de schijf af en duwt het aan één kant omhoog. Dit scenario is getest met simulaties van dit systeem met de planeet in een vergelijkbare baan - dit was voordat we wisten wat de baan van de planeet was."

"Het is alsof je aankomt op de plaats van een auto-ongeluk, en je probeert te reconstrueren wat er is gebeurd, " legde Kalas uit. "Zijn het passerende sterren die de planeet verstoorden, dan heeft de planeet de schijf verstoord? Is het het binaire getal in het midden dat de planeet voor het eerst verstoorde, en dan verstoorde het de schijf? Of verstoorden passerende sterren zowel de planeet als de schijf tegelijkertijd? Dit is astronomisch detectivewerk, het verzamelen van het bewijs dat we nodig hebben om met een aantal plausibele verhaallijnen te komen over wat hier is gebeurd."

Een Planet Nine-proxy?

Dit scenario voor de bizarre baan van HD 106906 b is in sommige opzichten vergelijkbaar met wat ertoe heeft geleid dat de hypothetische planeet Negen in de buitenste regionen van ons eigen zonnestelsel terecht is gekomen, ver buiten de baan van de andere planeten en buiten de Kuipergordel. Planeet Negen zou gevormd kunnen zijn in het binnenste zonnestelsel en uitgestoten zijn door interacties met Jupiter. Echter, Jupiter - de spreekwoordelijke gorilla van 800 pond in ons zonnestelsel - zou heel waarschijnlijk Planeet Negen ver voorbij Pluto hebben geslingerd. Passerende sterren hebben mogelijk de baan van de weggegooide planeet gestabiliseerd door het baanpad weg te duwen van Jupiter en de andere planeten in het binnenste zonnestelsel.

"Het is alsof we een tijdmachine hebben voor ons eigen planetaire systeem die 4,6 miljard jaar teruggaat om te zien wat er kan zijn gebeurd toen ons jonge zonnestelsel dynamisch actief was en alles werd verdrongen en herschikt, ' zei Kalas.

Daten, astronomen hebben alleen indirect bewijs voor Planet Nine. Ze hebben een cluster van kleine hemellichamen voorbij Neptunus gevonden die in ongebruikelijke banen bewegen in vergelijking met de rest van het zonnestelsel. Deze configuratie, sommige astronomen zeggen:suggereert dat deze objecten samen werden geleid door de aantrekkingskracht van een enorme, onzichtbare planeet. An alternative theory is that there is not one giant perturbing planet, but instead the imbalance is due to the combined gravitational influence of multiple, much smaller objects. Another theory is that Planet Nine does not exist at all and the clustering of smaller bodies may be just a statistical anomaly.

A target for the Webb Telescope

Scientists using NASA's upcoming James Webb Space Telescope plan to get data on HD 106906 b to understand the planet in detail. "One question you could ask is:Does the planet have its own debris system around it? Does it capture material every time it goes close to the host stars? And you'd be able to measure that with the thermal infrared data from Webb, " said De Rosa. "Also, in terms of helping to understand the orbit, I think Webb would be useful for helping to confirm our result."

Because Webb is sensitive to smaller, Saturn-mass planets, it may be able to detect other exoplanets that have been ejected from this and other inner planetary systems. "Met Webb, we can start to look for planets that are both a little bit older and a little bit fainter, " explained Nguyen. The unique sensitivity and imaging capabilities of Webb will open up new possibilities for detecting and studying these unconventional planets and systems.

The team's findings appear in the December 10, 2020, edition of  Het astronomische tijdschrift .