Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Exoplaneet WASP-69b heeft een komeetachtige staart, waardoor wetenschappers meer te weten kunnen komen over hoe planeten evolueren

WASP-69b draait nauw rond zijn zon. Credit:W. M. Keck Observatorium/Adam Makarenko

Op 163 lichtjaar afstand van de aarde biedt een exoplaneet ter grootte van Jupiter, WASP-69b genaamd, astrofysici een kijkje in de dynamische processen die planeten in de Melkweg vormen. De ster waar hij omheen draait, bakt en stript de atmosfeer van de planeet weg, en die ontsnapte atmosfeer wordt door de ster gevormd tot een enorme, komeetachtige staart van minstens 550.000 kilometer lang.



Ik ben een astrofysicus. Mijn onderzoeksteam publiceerde een artikel in het Astrofysical Journal waarin wordt beschreven hoe en waarom de staart van WASP-69b werd gevormd, en wat de vorming ervan kan verhelderen over de andere soorten planeten die astronomen buiten ons zonnestelsel vaak waarnemen.

Een universum vol exoplaneten

Als je naar de nachtelijke hemel kijkt, zijn de sterren die je ziet zonnen, met verre werelden, bekend als exoplaneten, die er omheen draaien. De afgelopen dertig jaar hebben astronomen ruim 5.600 exoplaneten in ons Melkwegstelsel ontdekt.

Het is niet eenvoudig om een ​​planeet op lichtjaren afstand te detecteren. Planeten verbleken in vergelijking, zowel qua grootte als qua helderheid, met de sterren waar ze omheen draaien. Maar ondanks deze beperkingen hebben exoplaneetonderzoekers een verbazingwekkende verscheidenheid ontdekt:van kleine rotsachtige werelden die nauwelijks groter zijn dan onze eigen maan tot gasreuzen die zo kolossaal zijn dat ze 'super-Jupiters' worden genoemd.

De meest voorkomende exoplaneten die astronomen waarnemen zijn echter groter dan de aarde, kleiner dan Neptunus, en draaien dichter om hun sterren dan Mercurius om onze zon draait.

Artistieke interpretatie van een luchtfoto van de exoplaneet WASP-69b in zijn 3,8 dagen durende baan rond zijn gastster. De atmosfeer wordt weggenomen en gevormd tot een lange komeetachtige staart die de planeet volgt. Credit:W. M. Keck Observatorium/Adam Makarenko

Deze ultra-gewone planeten hebben de neiging om in een van de twee verschillende groepen te vallen:superaardes en sub-Neptunussen. Superaardes hebben een straal die tot 50% groter is dan de straal van de aarde, terwijl sub-Neptunussen doorgaans een straal hebben die twee tot vier keer groter is dan de straal van de aarde.

Tussen deze twee straalbereiken bevindt zich een opening, bekend als de 'Radius Gap', waarin onderzoekers zelden planeten vinden. En planeten ter grootte van Neptunus die in minder dan vier dagen een baan rond hun sterren voltooien, zijn buitengewoon zeldzaam. Onderzoekers noemen deze kloof de ‘Hete Neptunuswoestijn’.

Sommige onderliggende astrofysische processen moeten voorkomen dat deze planeten zich vormen of overleven.

Planeetvorming

Terwijl een ster wordt gevormd, vormt zich eromheen een grote schijf van stof en gas. In die schijf kunnen planeten ontstaan. Naarmate jonge planeten massa winnen, kunnen ze een aanzienlijke gasatmosfeer accumuleren. Maar naarmate de ster ouder wordt, begint hij grote hoeveelheden energie uit te zenden in de vorm van ultraviolette en röntgenstraling. Deze stellaire straling kan de atmosferen wegbranden die de planeten hebben verzameld in een proces dat fotoverdamping wordt genoemd.

Sommige planeten verzetten zich echter tegen dit proces. Massievere planeten hebben een sterkere zwaartekracht, waardoor ze hun oorspronkelijke atmosfeer kunnen vasthouden. Bovendien worden planeten die verder van hun ster staan ​​minder getroffen door zoveel straling, waardoor hun atmosfeer minder erodeert.

Sub-Neptunussen, of Neptunus-achtige planeten, lijken veel op een superaarde, maar met een dikke atmosfeer. Krediet:NASA-JPL/Caltech

Dus misschien bestaat een aanzienlijk deel van de superaardes eigenlijk uit de rotsachtige kernen van planeten waarvan de atmosfeer volledig is ontdaan, terwijl de sub-Neptunussen groot genoeg zijn om hun gezwollen atmosfeer te behouden.

Wat de Hete Neptunus-woestijn betreft, zijn de meeste planeten ter grootte van Neptunus eenvoudigweg niet massief genoeg om volledig weerstand te bieden aan de stripkracht van hun ster als deze te dichtbij draait. Met andere woorden:een sub-Neptunus die binnen vier dagen of minder rond zijn ster draait, zal snel zijn hele atmosfeer verliezen. Bij observatie is de atmosfeer al verloren gegaan en wat overblijft is een kale rotsachtige kern:een superaarde.

Om deze theorie op de proef te stellen, hebben onderzoeksteams zoals de mijne observationeel bewijsmateriaal verzameld.

WASP-69b:een uniek laboratorium

Maak kennis met WASP-69b, een uniek laboratorium voor het bestuderen van fotoverdamping. De naam "WASP-69b" komt van de manier waarop het werd ontdekt. Het was de 69e ster met een planeet b, gevonden in de Wide Angle Search for Planets-enquête.

Ondanks dat hij qua straal 10% groter is dan Jupiter, ligt WASP-69b feitelijk dichter bij de massa van de veel lichtere Saturnus. Hij heeft niet een erg grote dichtheid en heeft slechts ongeveer 30% van de massa van Jupiter. In feite heeft deze planeet ongeveer dezelfde dichtheid als een stuk kurk.

Een planeetvormende schijf. Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO

Deze lage dichtheid is het gevolg van zijn ultrakorte baan van 3,8 dagen rond zijn ster. Omdat de planeet zo dichtbij is, ontvangt hij een enorme hoeveelheid energie, waardoor hij opwarmt. Naarmate gas warmer wordt, zet het uit. Zodra het gas voldoende uitzet, begint het voorgoed aan de zwaartekracht van de planeet te ontsnappen.

Toen we deze planeet observeerden, ontdekten mijn collega's en ik dat heliumgas snel uit WASP-69b ontsnapte:ongeveer 200.000 ton per seconde. Dit vertaalt zich in de massa van de aarde die elke miljard jaar verloren gaat.

Gedurende de levensduur van de ster zal deze planeet uiteindelijk een totaal atmosferisch massa-equivalent verliezen van bijna 15 keer de massa van de aarde. Dit klinkt veel, maar WASP-69b heeft ongeveer 90 keer de massa van de aarde, dus zelfs in dit extreme tempo zal het slechts een klein deel van de totale hoeveelheid gas waaruit het bestaat, verliezen.

De komeetachtige staart van WASP-69b

Misschien wel het meest opvallend is de ontdekking van de verlengde heliumstaart van WASP-69b, die mijn team ontdekte terwijl hij minstens 350.000 mijl (ongeveer 563.000 kilometer) achter de planeet aan trok. Sterke sterrenwinden, een constante stroom geladen deeltjes die door sterren worden uitgezonden, vormen staarten als deze. Deze deeltjeswinden rammen de ontsnappende atmosfeer binnen en vormen deze tot een komeetachtige staart achter de planeet.

Onze studie is feitelijk de eerste die suggereert dat de staart van WASP-69b zo uitgebreid was. Eerdere waarnemingen van dit systeem suggereerden dat de planeet slechts een bescheiden staart of zelfs helemaal geen staart had.

De ontsnappende atmosfeer van WASP-69b.

Dit verschil is waarschijnlijk te wijten aan twee belangrijke factoren. Ten eerste gebruikte elke onderzoeksgroep verschillende instrumenten om hun waarnemingen te doen, wat tot verschillende detectieniveaus kon leiden. Of er kan daadwerkelijk sprake zijn van variabiliteit in het systeem.

Een ster zoals onze zon heeft een magnetische activiteitscyclus, de 'zonnecyclus' genoemd. De zon duurt 11 jaar. Tijdens jaren met piekactiviteit heeft de zon meer uitbarstingen, zonnevlekken en veranderingen in de zonnewind.

Om de zaken nog ingewikkelder te maken, is elke cyclus uniek:geen twee zonnecycli zijn hetzelfde. Zonnewetenschappers proberen nog steeds de activiteit van onze zon beter te begrijpen en te voorspellen. Andere sterren hebben hun eigen magnetische cycli, maar wetenschappers hebben nog niet genoeg gegevens om deze te begrijpen.

De waargenomen variabiliteit voor WASP-69b kan dus voortkomen uit het feit dat elke keer dat WASP-69b wordt waargenomen, de gastster zich anders gedraagt. Astronomen zullen deze planeet in de toekomst vaker moeten blijven observeren om een ​​beter idee te krijgen van wat er precies aan de hand is.

Onze directe blik op het massaverlies van WASP-69b vertelt exoplaneetonderzoekers zoals ik meer over hoe planetaire evolutie werkt. Het geeft ons real-time bewijs voor ontsnappingen uit de atmosfeer en ondersteunt de theorie dat hete Neptunussen en Radius Gap-planeten moeilijk te vinden zijn omdat ze gewoon niet groot genoeg zijn om hun atmosfeer vast te houden. En als ze die eenmaal kwijt zijn, is er alleen nog maar een rotsachtige kern van de superaarde te observeren.

De WASP-69b-studie benadrukt het delicate evenwicht tussen de samenstelling van een planeet en zijn stellaire omgeving, en geeft vorm aan het diverse planetaire landschap dat we vandaag de dag waarnemen. Terwijl astronomen deze verre werelden blijven onderzoeken, brengt elke ontdekking ons dichter bij het begrijpen van het complexe weefsel van ons universum.

Journaalinformatie: Astrofysisch tijdschrift

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Waarom zijn chromosomen belangrijk voor celdeling?
  2. Het verkennen van een oude gebeurtenis in pompoen, evolutie van kalebas en meloen
  3. Menselijke schedelgroei
  4. De juiste manier om DNA te repareren
  5. Bewaken van genetische mutaties die belangrijk zijn voor panterbeheer in Florida
  6. Survival of the least-fit:antiviraal middel richt zich selectief op de meest onaangename virussen
  7. Dolfijnengezondheidscontrole toont toestand van onze oceanen
  8. Hoe kakkerlakken zich over de hele wereld verspreidden en uitgroeiden tot de plaag die we vandaag de dag kennen
  9. Studie van zeedieren suggereert dat het zenuwstelsel meerdere keren onafhankelijk is geëvolueerd

Wetenschap