Een nieuw ontdekte buitenaardse wereld, die in een ‘haarspeldbocht’-baan ronddraait, biedt planeetjagers een plek op de eerste rang voor een zelden geziene fase van de vorming van gigantische planeten.

De gasreus ter grootte van Neptunus, genaamd TOI 5205b, bevindt zich op een wild excentrisch pad rond een zonachtige ster en slingert elke 111 dagen van een afstand van 100 miljoen km naar 320 miljoen km.

Deze zeer langgerekte baan en de relatief lage massa van de planeet van ongeveer 38 aardmassa's helpen astronomen licht te werpen op de slecht begrepen periode van de adolescentie in het leven van gasreuzen. In het bijzonder duidt de vreemde baan van TOI 5205b erop dat de vorming van de planeet werd onderbroken, mogelijk door een ontmoeting met een andere gigantische planeet in zijn systeem, die de rotsachtige kern van de groeiende planeet verspreidde en de accumulatie van gas uit zijn geboorteschijf verstoorde.

‘Dit is een van de meest extreme reuzenplaneten die we tot nu toe hebben gezien’, zegt astronoom Jessica Libby-Roberts van de Universiteit van Texas in Austin, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

"Het is een zeer uitdagend object om in te passen in onze huidige modellen van hoe gasreuzen ontstaan ​​en evolueren."

Zoals de naam al aangeeft, heeft de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)-missie TOI 5205b oorspronkelijk in 2021 gedetecteerd. Tijdens het onderzoeken van lichtcurven van deze in de ruimte gestationeerde jager op kleine dipjes in de helderheid van een ster veroorzaakt door exoplaneten in een baan om de aarde, merkte Libby-Roberts op dat de planeet de transits waren te kort en vreemd ver uit elkaar geplaatst gezien de geschatte omlooptijd van het systeem.

"In de TESS-waarschuwing die we kregen stond dat de periode ongeveer twintig dagen was of zoiets, en dat leek meteen niet goed, alleen al door naar de lichte curven te kijken," zei Libby-Roberts. "Ze zagen er veel consistenter uit met een periode van ongeveer 111 dagen, dus dat maakte me enthousiast."

Vervolgobservaties op de grond, verzameld door Libby-Roberts en collega's met behulp van spectrografen met hoge resolutie, die de absorptie en emissie van licht door een object bestuderen, bevestigden de werkelijke omlooptijd van het systeem. Die metingen verfijnden ook de massa van de planeet, wat belangrijk is voor het begrijpen van de dichtheid ervan, samen met andere aanwijzingen voor het evolutionaire pad van TOI 5205b.

De huidige theorieën suggereren dat gigantische gasplaneten zoals Jupiter en Saturnus ontstaan ​​uit ophopingen van ijs, stof en organische moleculen in de koude gebieden van een protoplanetaire schijf – de roterende plaat van materiaal die een jonge ster omringt en waaruit planeten worden geboren.

Zodra de vaste kern ongeveer 10 keer de massa van de aarde heeft opgebouwd, wordt deze groot genoeg om een ​​gezwollen omhulsel van gas uit de omgeving aan te trekken. Hoe massiever het gasomhulsel wordt, hoe meer gas het aantrekt door zwaartekracht. Dit op hol geslagen proces zorgt ervoor dat sommige planeten uitgroeien tot reuzen.

Omdat de geschatte leeftijd van TOI 5205b ongeveer 100 miljoen jaar bedraagt, biedt het wetenschappers de mogelijkheid om dit “op hol geslagen gasaanwas”-proces rechtstreeks te bestuderen en de omstandigheden van de adolescentie van een gigantische planeet te onderzoeken.

De vreemde baan van TOI 5205b vormt echter een uitdaging voor eenvoudige kernaccretiescenario's, die gladde, bijna cirkelvormige banen voorspellen. Astronomen denken dat ontmoetingen tussen gigantische planeten een veel voorkomend verschijnsel kunnen zijn tijdens de vorming van exoplaneten, waardoor hun ontwikkeling wordt beïnvloed en hun baanpaden veranderen. In het geval van TOI 5205b suggereren simulaties dat de planeet waarschijnlijk in een tamelijk cirkelvormige baan begon, maar ongeveer 10 miljoen jaar geleden een ontmoeting met een andere gigantische planeet in het systeem ervoer.

Deze zwaartekrachtsinteractie verspreidde de rotsachtige kern van TOI 5205b aanzienlijk en verstoorde de gladde gasaccumulatie van de planeet, wat resulteerde in een lagere massa en een excentrische baan.

"Ik heb zoveel over dit systeem nagedacht en ik heb nog zoveel meer vragen", zei Libby-Roberts. "Ik kijk erg uit naar toekomstige studies om meer te begrijpen over de dynamiek en geschiedenis van het systeem en hoe het in deze zeer excentrische baan terechtkwam."

Libby-Roberts en collega's zijn van plan om naar extra planeten in het systeem te zoeken en TOI 5205b in andere golflengten, zoals infrarood, te observeren om de atmosfeer, de samenstelling en de hoeveelheid sterlicht die het reflecteert beter te begrijpen.