Jonge exoplaneet boert waterstof in zijn baan om zijn moederster
Een proces dat foto-evaporatie wordt genoemd is een mogelijke verklaring voor verschillende kenmerken binnen de demografie van exoplaneten. Atmosferische ontsnapping waargenomen in jonge exoplaneten ter grootte van Neptunus kan inzicht geven in en karakteriseren welke mechanismen deze evolutie aandrijven en op welke momenten ze domineren. AU Mic b is zo’n planeet, iets groter dan Neptunus. Tijdens een baan waargenomen met de Hubble leek AU Mic b helemaal geen materiaal te verliezen, terwijl een baan die ongeveer 1,5 jaar later met Hubble werd waargenomen duidelijke tekenen van atmosferisch verlies vertoonde.
AU Microscopii is een rode dwerg op een afstand van 31,9 lichtjaar in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Microscopium – Microscoop. De ster is ook bekend als AU Mic, Gliese 803 en HD 197481 en heeft een leeftijd van ongeveer 22 miljoen jaar.
AU Mic is een lid van een nabije collectie van sterren, de Bèta Pictoris Bewegende Groep, die zijn naam dankt aan een grotere, hetere ster van spectraalklasse A die ook twee planeten heeft.
De ster heeft een jonge planeet ter grootte van Neptunus, AU Mic b, en een stofschijf die zich uitstrekt van ongeveer 35 tot 210 Astronomische Eenheden van de ster. De planeet is gevonden in 2020 door de TESS en Spitzer ruimtetelescopen van de NASA en heeft een straal van 0,4 * Jupiter en een massa van minder dan 0,18 * Jupiter. AU Mic b draait met een periode van 8,5 dagen om zijn ster heen en doet dat op een afstand van slechts 0,07 Astronomische Eenheden (1 AE is 150.000.000 kilometer)
Alle planeten met een atmosfeer verliezen wat gas als ze om hun sterren draaien, subtiel zoals de Aarde of in dramatische pluimen zoals AU Mic b. Maar astronomen hebben nog nooit eerder atmosferische ontsnappingen zien stoppen en beginnen tussen omwentelingen in.
Volgens astronoom Keighley Rockcliffe van het Dartmouth College hebben astronomen nog nooit atmosferische ontsnapping gezien van volledig niet detecteerbaar naar zeer detecteerbaar in zo’n korte periode wanneer een planeet voorlangs zijn ster passeert. In eerste instantie dachten de onderzoekers dat er iets niet klopte.
Rode dwergen zoals AU Mic, zijn de meest voorkomende sterren in ons sterrenstelsel. Ze zouden daarom de meerderheid van de planeten in ons sterrenstelsel moeten herbergen. Maar kunnen planeten die om rode dwergsterren draaien zoals AU Mic b geschikt zijn voor leven?
Een belangrijke uitdaging is dat jonge dwergsterren woeste stellaire vlammen hebben die een verwoestende straling uitzenden. Deze periode van hoge activiteit duurt een stuk langer dan die van sterren zoals onze Zon. De vlammen worden aangedreven door intense magnetische velden die in de knoop raken door de kolkende bewegingen van de stellaire atmosfeer.
Wanneer de knopen te intens worden, breken de velden en verbinden ze zich opnieuw, waardoor enorme hoeveelheden energie worden losgelaten die 100 tot 1000 keer energieker zijn dan onze Zon in zijn uitbarstingen ontketent. Het is een zinderende vuurwerkshow van hevige winden, vlammen en röntgenstralen die alle planeten die dicht bij de ster draaien opblazen.
Onder deze zware omstandigheden zouden planeten die zich in de eerste 100 miljoen jaar na de geboorte van de ster vormen, de meeste atmosferische ontsnapping moeten ervaren. Dit kan ertoe leiden dat een planeet volledig van zijn atmosfeer wordt ontdaan.
De onderzoekers willen uitzoeken wat voor soort planeten deze omgevingen kunnen overleven. Hoe zullen ze er uiteindelijk uitzien als de ster tot rust komt? En zou er uiteindelijk een kans op bewoonbaarheid zijn, of zullen ze uiteindelijk gewoon verschroeide planeten zijn?
Verliezen deze planeten uiteindelijk het grootste deel van hun atmosferen en worden hun overlevende kernen superaardes? Astronomen weten niet echt hoe die uiteindelijke composities eruit zien, omdat we zoiets niet hebben in ons zonnestelsel.
De nooit eerder geziene veranderingen in atmosferische uitstroom van AU Mic b kunnen wijzen op snelle en extreme variabiliteit in de uitbarstingen van de rode dwergster. Er is zoveel variabiliteit omdat de ster veel kolkende magnetische veldlijnen heeft.
Een mogelijke verklaring voor de ontbrekende waterstof tijdens een van de overgangen van de planeet is dat een krachtige stellaire vlam, zeven uur eerder gezien, de ontsnappende waterstof mogelijk heeft gefotoïoniseerd tot het punt waarop het transparant werd voor licht en dus niet detecteerbaar was.
Een andere verklaring is dat de sterrenwind zelf de planetaire uitstroom vormgeeft, waardoor deze op sommige momenten waarneembaar is en op andere momenten net waarneembaar, waardoor zelfs een deel van de uitstroom voor de planeet zelf “hikt”.
Dit wordt voorspeld in sommige modellen maar dit is het eerste soort observationele bewijs dat het gebeurt en in zo’n extreme mate, aldus de onderzoekers.
Hun onderzoek is in The Astronomical Journal gepubliceerd.
Artikel: Keighley E. Rockcliffe et al. 2023. The Variable Detection of Atmospheric Escape around the Young, Hot Neptune AU Mic b. AJ 166, 77; doi: 10.3847/1538-3881/ace536
Eerste publicatie: 1 augustus 2023
Bron: sci-news
