Astronomen vinden een kleine ster met een gigantische exoplaneet
Net als een gezin waarin kleine ouders lange kinderen hebben, tart een kleine rode dwerg ons begrip van hoe planeten ontstaan door naast een gigantische exoplaneet te bestaan.
Reuzenplaneten zijn niet per se zeldzaam – we hebben er immers vier in ons eigen zonnestelsel. Zulke grote planeten worden echter zelden gevonden rond de kleinste sterren, de rode dwergen. Rode dwergen zouden simpelweg niet genoeg materiaal moeten hebben om zulke enorme planeten te vormen.
Nou, vertel dat dan maar eens aan de rode dwerg TOI-6894, die zich op een afstand van 238 lichtjaar van de Aarde bevindt. De ster heeft een massa van 0,2 zonsmassa maar er is wel een reuzenplaneet bij gevonden. TOI-6894b, iets groter dan Saturnus maar dan wel met de helft van de massa.
Statistisch onderzoek heeft aangetoond dat slechts ongeveer 1,5% van de rode dwergen gasreuzen herbergt, dus TOI-6894 behoort tot een zeldzame groep. Het is bovendien verreweg de lichtste ster die ooit met een reuzenplaneet is gevonden: 60% minder zwaar dan de op één na lichtste ster met een gasreus.
Gezien de schaarste van dergelijke werelden rond rode dwergen was het vinden van deze nieuwe planeet in de gegevens van de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) niet eenvoudig. De aanduiding TOI in de naamgeving van de ster duidt op Tess Object of Interest.
Edward Bryant van de universiteit van Warwick, die het onderzoek leidde, heeft TESS-waarnemingen van meer dan 91.000 rode dwergen onderzocht.
Toen het onderzoeksteam ontdekte dat TOI-6894b voorlangs zijn ster bewoog, wat hun de straal van de planeet opleverde, namen ze de planeet waar met ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Planets and Stable Spectroscopic Observations)-spectrograaf op de Very Large Telescope van de ESO in Chili en de SPIRou (Spectropolarimétre Infrarouge)-spectrograaf van de Canada-France-Hawaï Telescope op Mauna Kea om de massa ervan te bepalen.
Er zijn twee modellen om het ontstaan van reuzenplaneten te beschrijven. Eén manier, waarop men denkt dat Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn ontstaan, is via een proces genaamd kernaccretie. Een gigantische planetaire kern, tot tien keer de massa van de Aarde, vormt zich eerst uit elementen zwaarder dan waterstof en helium. De zwaartekracht van het resulterende rotsachtige lichaam is vervolgens in staat om enorme hoeveelheden gas aan te treken uit de omringende planeetvormende schijf.
Gezien het feit dat rode dwergen verkleinde sterren zijn, wordt het beschikbare materiaal in hun planeetvormende schijf vervolgens op vergelijkbare wijze verkleind – vandaar dat we veel meer kleinere planeten rond rode dwergen vinden dan gasreuzen. Berekeningen suggereren dat de kern van TOI-6894b twaalf keer de massa van de Aarde bevat. Bij een eerder onderzoek naar 70 planeetvormende schijven rond rode dwergen met tussen de 15 en 25 zonsmassa, bleken er echter slechts vijf meer dan 12 aardmassa’s aan zware elementen te bevatten en slechts één had een abundantie die significant groter was dan 12 aardmassa. De kans is groot dat TOI-6894b geen kernaccretie had kunnen ondersteunen.
Bryant heeft echter geprobeerd een proces van kernaccretie met de helft te voorspellen. Aangezien de totale massa van TOI-6894b kleiner is dan die van Saturnus was een op hol geslagen accretieproces mogelijk niet nodig om zijn massa op te bouwen.
Gezien de massa van de planeet zou TOI-6894b gevormd kunnen zijn via een intermediair kern-accretieproces, waarbij een protoplaneet gas vormt en gestaag accreteert zonder dat de kern zwaar genoeg wordt voor op hol geslagen gasaccretie.
Een alternatieve manier waarop reuzenplaneten ontstaan is door schijfinstabiliteit. Hierbij wordt een deel van een planeetvormende schijf instabiel en stort deze in onder invloed van zijn eigen zwaartekracht, waardoor een planeet ontstaat. Dit is een top-down vormingsproces in plaats van een bottom-up kernaccretie, maar er is onenigheid binnen de astronomische gemeenschap over de vraag of zulke sterren met een lage massa überhaupt een schijfinstabiliteit kunnen ervaren.
De oorsprong van TOI-6894b blijft dus een open vraag, maar de Webb Space Telescope zou mogelijk het antwoord kunnen vinden in de atmosfeer van de planeet.
TOI-6894b draait elke 3,37 dagen op een afstand van slechts 3,89 miljoen kilometer om zijn ster. Een gasreus zo dicht bij een zonachtige ster zou geclassificeerd worden als een “hete Jupiter” met en atmosferische temperatuur van honderden zo niet meer dan duizend graden Celsius. Als rode dwerg is TOI-6894 echter meer dan 2500 graden Celsius koeler dan de Zon, wat betekent dat TOI-6894b een atmosferische temperatuur heeft van slechts 147 °C – nog steeds erg warm maar zeker niet heet. Dit heeft gevolgen voor de chemische samenstelling van zijn atmosfeer.
Op basis van de stellaire straling van TOI-6894 verwachten de astronomen dat de atmosfeer wordt gedomineerd door methaan, een chemisch element dat erg lastig is te identificeren. De temperaturen zijn zo laag dat atmosferische waarnemingen zelfs ammoniak zouden kunnen aantonen, wat de eerste keer zou zijn dat het in de atmosfeer van een exoplaneet wordt aangetroffen.
Een voorstel om de atmosfeer van TOI-6894b waar te nemen is al geaccepteerd als onderdeel van de vierde cyclus van wetenschappelijke waarnemingen van de Webb Space Telescope, die de komende 12 maanden zal plaatsvinden. Naast het zoeken naar methaan en ammoniak zouden de kenmerken van de atmosfeer van de planeet die de Webb kan waarnemen, kunnen wijzen op welk ontstaansmodel – kernaccretie of schijfinstabiliteit – het juiste is, of dat er zelfs een geheel nieuw vormingsmodel nodig is.
Hoewel reuzenplaneten rond rode dwergen zeldzaam zijn – andere voorbeelden zijn de werelden LHS 3154b, GJ 3512b en c en TZ Ari b – zouden de aantallen toch nog groter kunnen zijn. Dat komt doordat rode dwergen het meest voorkomende type ster in de Melkweg is en driekwart van de naar schatting 100 miljard sterren in de Melkweg zijn rode dwergen. Zelfs 1,5% van 75 miljard is dus een enorm aantal rode dwergen – 1,125 miljard om precies te zijn – die reuzenplaneten zouden kunnen herbergen.
Volgens de onderzoekers zal deze ontdekking een hoeksteen vormen voor het begrijpen van de extremen van het ontstaan van reuzenplaneten.
De ontdekking van TOI-6894b werd op 4 juni 2025 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.
Eerste publicatie:9 juni 2025
Bron: universe2day, space.com & anderen
