Twee enorme, gezwollen, bijna onwaarschijnlijke planeten cirkelen rond een zeer verre ster met een lichtheid die het instinct in een soort crisis brengt. Ze heten TOI-791 b en TOI-791 c, ze hebben afmetingen die vergelijkbaar zijn met die van Jupiter, maar hun dichtheid is lager dan die van suikerspin. Iets dat, als het zo wordt gezegd, lijkt op een gimmick van een ruimtepretpark, komt feitelijk voort uit een onderzoek dat is gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
Het systeem bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Vliegende Vis, ongeveer 1110 lichtjaar van de aarde. De ster, TOI-791, is een F7-dwerg, dus een hete ster en lijkt in sommige opzichten op de zon. Deze twee gasreuzen draaien om haar heen, die astronomen classificeren onder de zogenaamde super-puff-planeten, werelden met een extreem ijle structuur, met atmosferen die zo groot zijn dat ze erg groot lijken in vergelijking met hun werkelijke massa.
Groot, gezwollen, heel licht
De vergelijking met Jupiter illustreert de elegante absurditeit van de ontdekking goed. De gemiddelde dichtheid van Jupiter is ongeveer 1,33 gram per kubieke centimeter. TOI-791 b haalt amper 0,038 gram per kubieke centimeter, terwijl TOI-791 c stopt bij 0,047. Minder laboratoriumtaal vertaald: ze zijn ongeveer 28-35 keer minder dicht dan Jupiter en blijven onder de typische waarde van suikerspin, die ongeveer 0,05 gram per kubieke centimeter bedraagt.
Zelfs de mis vertelt een vreemd verhaal. Volgens NASA is TOI-791 b bijna zo groot als Jupiter, maar bevat het slechts 3% van zijn massa. TOI-791 c is zelfs groter dan Jupiter, met ongeveer 5,9% van zijn massa. Het lijkt op het type object dat ons in de astronomie dwingt de modellen opnieuw te bekijken, omdat het zich natuurlijk op dat lastige gebied bevindt waar de formules werken, maar de natuur toch besluit een andere wending te nemen.
De twee planeten worden als ‘broers’ beschouwd: ze zouden gevormd zijn uit dezelfde schijf van gas en stof rond de jonge ster. Ze hebben ook een zeldzame orbitale binding, een zogenaamde 5:3-resonantie. Het betekent dat wanneer de binnenplaneet vijf omwentelingen rond de ster voltooit, de buitenplaneet er bijna precies drie voltooit. Dit zwaartekrachtballet zorgt ervoor dat ze aan elkaar trekken, met kleine afwijkingen in de tijden van transits voor de ster.
De ontdekking begon bij de vrijwilligers
Het eerste spoor kwam van gegevens van TESS, de ruimtetelescoop van NASA die naar exoplaneten zoekt door kleine dipjes in de helderheid van sterren waar te nemen. Wanneer een planeet voor zijn ster langs beweegt, wordt het licht vanuit ons perspectief heel licht gedimd. Als deze daling regelmatig terugkeert, kan dit duiden op de aanwezigheid van een wereld in een baan om de aarde.
De TOI-791 b- en TOI-791 c-kandidaten werden geïdentificeerd dankzij vrijwilligers van het Planet Hunters TESS-project, burgerwetenschappers die de gegevens doorzoeken op zoek naar signalen die aan de algoritmen zijn ontsnapt of te specifiek zijn om onmiddellijk te worden herkend. Toen kwam het lange, geduldige, veel minder spectaculaire werk: waarnemingen met telescopen verspreid over verschillende continenten, berekeningen van afmetingen, schattingen van massa’s, analyse van variaties in transittijden.
Antarctica betreedt ook dit deel van de geschiedenis. De ASTEP-telescoop, Antarctic Search for Transiting ExoPlanets, geïnstalleerd op het Concordia-station, speelde een beslissende rol. Tijdens de Antarctische winter duurt de duisternis maandenlang, waardoor continue waarnemingen mogelijk zijn die elders zeer moeilijk te verkrijgen zijn. Dit is de manier waarop astronomen erin slaagden om zeer lange transits van meer dan 11 uur volledig te volgen, de langste die ooit volledig vanaf de grond is waargenomen.
Waarom deze super-puff-planeten er toe doen
Superpuff-planeten zijn nog steeds een open probleem. Een van de meest besproken hypothesen betreft enorme atmosferen die rijk zijn aan waterstof en helium, die zijn ontstaan toen planeten ontstonden in de koude gebieden van de protoplanetaire schijf, ver van de ster, waar het gas kon afkoelen en zich snel rond een vaste kern kon verzamelen. Een andere mogelijkheid, die ingewikkelder is om te verifiëren, betreft zeer grote ringen die de perceptie van grootte kunnen vertekenen. Voor een systeem met twee van zulke vergelijkbare planeten moet de verklaring echter twee keer gelden.
TOI-791 wordt zo een soort kosmische proeftuin. De twee planeten bevinden zich in hetzelfde systeem, hebben een formatierelatie, werken op zwaartekracht in en vertonen meetbare transits. Allemaal kostbare elementen om te begrijpen of deze werelden werkelijk vol zitten met atmosfeer, of ze een bepaalde migratie hebben gevolgd of dat er een ander mechanisme bestaat dat nog steeds ongrijpbaar is.
De volgende stap zou van de James Webb-telescoop kunnen komen. Waarnemingen vanuit de ruimte zouden de atmosfeer kunnen doorzoeken op moleculen die koolstof, stikstof en zuurstof bevatten, nuttige aanwijzingen voor het reconstrueren van de chemie van de twee planeten en, met een beetje geluk, hun geschiedenis. In dit soort gevallen weegt elk detail: een spectrale signatuur, een tijdsverandering, een nauwkeurigere lichtcurve.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
