Astronomen ontdekken planeet met de dichtheid van een suikerspin
Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het EXOTIC Laboratorium van de universiteit van Luik, in samenwerking met MIT en het Astrophysics Institute in Andalusië, heeft zojuist WASP-193b gevonden, een reuzenplaneet met een buitengewoon lage dichtheid die rond een verre zonachtige ster draait.
Deze nieuwe planeet, gelegen op een afstand van 1200 lichtjaar van de Aarde is 50% groter dan Jupiter maar zeven keer minder zwaar, waardoor hij een extreem lage dichtheid heeft die vergelijkbaar is met die van een suikerspin.
WASP-193b is de op één na minst dichte planeet die tot nu toe is gevonden, na Kepler-51d, die veel kleiner is.
De extreem lage dichtheid maakt de planeet tot een echte anomalie onder de meer dan 5000 exoplaneten die tot nu toe zijn gevonden. Deze extreem lage dichtheid kan niet worden gereproduceerd door standaardmodellen van gasplaneten, zelfs niet onder de onrealistische aanname van een kernloze structuur.
De nieuwe planeet werd aanvankelijk opgemerkt door de Wide Angle Search for Planets (WASP), een internationale samenwerking van academische instellingen die samen twee gerobotiseerde observatoria exploiteerden, één op het noordelijk halfrond en de andere op het zuidelijke halfrond. Elk observatorium gebruikte een reeks groothoekcamera’s om de helderheid van duizenden individuele sterren aan de hele hemel te meten.
In gegevens verzameld tussen 2006 en 2008, en opnieuw van 2011 tot 2012, heeft het WASP-South observatorium periodieke transities, of helderheidsdips, van de ster WASP-193 gedetecteerd. Astronomen hebben vastgesteld dat de periodieke helderheidsdalingen van de ster consistent waren met het feit dat er elke 6,25 dagen een planeet voorlangs de ster beweegt. De wetenschappers bepaalden bij elke doorgang de hoeveelheid licht dat de planeet blokkeerde, waardoor e een schatting konden maken van de omvang van de planeet.
Het team gebruikte vervolgens de observatoria TRAPPIST-South en SPECOLUUS-South – gelegen in de Atacama-woestijn in Chili om het planetaire signaal in verschillende golflengtes te meten en de planetaire aard van de planetaire object in het stersysteem te valideren.
Tenslotte gebruikten ze ook spectroscopische waarnemingen verzameld door de HARPS- en CORALIE-spectrografen – eveneens gevestigd in Chili – om de massa van de planeet te bepalen.
Tot hun grote verrassing onthulden de verzamelde metingen een extreem lage dichtheid van de planeet. De massa en de grootte ervan, zo berekenden ze, waren respectievelijk ongeveer 0,14 en 1,5 die van Jupiter. De resulterende dichtheid kwam uit op ongeveer 0,059 gram per kubieke centimeter.
De dichtheid van Jupiter is daarentegen ongeveer 1,33 gram per kubieke centimeter en die van de Aarde is 5,51 gram per kubieke centimeter. Een van de materialen die qua dichtheid het dichtst bij de nieuwe, gezwollen planeet ligt is suikerspin, met een dichtheid van ongeveer 0,05 gram per kubieke centimeter.
De planeet is zo licht dat het moeilijk is om een soortgelijk vast materiaal te bedenken. De reden waarom de soortelijke massa dicht bij suikerspin ligt, is omdat beide vrijwel uit lucht bestaan. De planeet is eigenlijk super donzig, aldus de onderzoekers.
De onderzoekers vermoeden dat de nieuw e planeet grotendeels uit waterstof en helium bestaat, net als de meeste andere gasreuzen in ons sterrenstelsel. Voor WASP-193b vormen deze gassen waarschijnlijk een enorm opgeblazen atmosfeer die zich tienduizenden kilometers verder uitstrekt dan de atmosfeer van Jupiter zelf. Hoe een planeet precies zoveel kan opzwellen is een vraag die nog geen bestaande theorie over planeetvorming kan beantwoorden. Het vereist zeker een aanzienlijke hoeveelheid energie diep in het binnenste van de planeet maar de details van het mechanisme zijn nog niet duidelijk.
De onderzoekers weten niet waar ze deze planeet moeten plaatsen in alle ontstaanstheorieën die ze nu hebben. De planeet past in geen enkele theorie. Ze kunnen niet verklaren hoe de planeet is ontstaan. Als ze beter naar de atmosfeer kunnen kijken kunnen ze beperkingen opleggen in het evolutionaire pad van de planeet.
WASP-193b is vooralsnog een kosmisch mysterie. Om het op te lossen zal wat meer observationeel en theoretisch werk nodig zijn, met name om de atmosferische eigenschappen ervan te meten met de Webb Space Telescope en om ze te combineren met verschillende theoretische mechanismen die mogelijk tot zo’n extreme inflatie leiden.
Artikel: An extended low-density atmosphere around the Jupiter-sized planet WASP-193 b, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y
Eerste publicatie: 15 mei 2024
Bron: Universiteit van Luik
