Te veel UV-licht laat gasplaneten verdampen tot rotsachtige kernen

Artist’s depiction of WASP-69b and its ghostly tail.. Image: Gabriel Perez Diaz, SMM (IAC

Astronomen hebben een exoplaneet gevonden, een gasreus, op een afstand van 163 lichtjaar van de Aarde waarvan de atmosfeer door zijn ster wordt gestript. Hierdoor ontstaat een lange staart van gas in het kielzog van de planeet. Extreem veel ultraviolette straling is verantwoordelijk voor dit fenomeen. Deze ontdekking kan nieuwe inzichten verschaffen in het ontstaan van planeten.

De exoplaneet luistert naar de naam WASP-69b en heeft een grootte van ongeveer Jupiter maar anders dan Jupiter bevindt deze exoplaneet zich op een afstand van slechts 6,5 miljoen kilometer van zijn ster. Een jaar op WASP-69b duurt slechts 3,6 dagen. In een recent gepubliceerd artikel beschrijven astronomen van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) hoe ultraviolette straling van de ster helium deeltjes van WASP-69b met een dermate grote kracht wegblaast dat de enorme aantrekkingskracht van de planeet niet in staat is deze vast te houden. De van de planeet wegstromende gassen hebben een komeetachtige staart gevormd die door de astronomen is waargenomen.

Helium is dan wel het op een na meest voorkomende element in het heelal maar het is extreem lastig te detecteren rond verre exoplaneten. De astronomen van IAC hebben gebruik gemaakt van het CARMENES-instrument gekoppeld aan de 3,5 meter telescoop die op de Calar Alto Sterrenwacht in Spanje staat. Dit instrument kan in hoge resoluties waarnemen in het zichtbare en nabije infrarode deel van het spectrum. Hierdoor kunnen astronomen specifieke chemische moleculen identificeren zoals helium, en kunnen ze ook zien met welke snelheid deze chemische moleculen zich bewegen.

De astronomen gebruikten CARMENES om WASP-69b te bestuderen toen die planeet, vanaf de Aarde gezien, voorlangs zijn ster bewoog. Astronomen noemen dit de transitiemethode.

Men nam een sterkere en langer durende afzwakking van het sterlicht waar in een gebied van het spectrum waar heliumgas licht absorbeert. De langere tijdsduur van deze absorptie wijst op het bestaan van de gasstaart.

Gebruikmakende van dezelfde techniek hebben de astronomen verschillende andere exoplaneten in vergelijkbare situaties geobserveerd. Op een na vertoonden de waargenomen exoplaneten geen vergelijkbare ontgassing van helium. Degene die dat wel deed is de hete Jupiter HD 189733b. Deze planeet vertoont geen staart meer werd omringd door een ballon van helium die vanuit verschillende richting in de ruimte verdween. eenzelfde ontgassing van helium

In een gerelateerd artikel dat op hetzelfde moment in het tijdschrift Science is gepubliceerd beschrijven astronomen de exoplaneet HAT-P-11b die net als WASP-69b en HD 189733b grote hoeveelheden helium verliest.

Het lijkt erop dat dit soort verschijnselen zich dus alleen bij een selecte groep exoplaneten voordoen. Astronomen wisten niet waarom sommige gasreuzen die in een nauwe baan om hun ster draaien hun gas verliezen en andere in vergelijkbare omstandigheden dit niet doen. Tijd dus om een ander instrument in te zetten en dit te onderzoeken. De Europese XMM-Newton telescoop die in röntgenlicht waarneemt liet zien dat extreme hoeveelheden ultraviolette straling van hun sterren verantwoordelijk gehouden kan worden voor het verlies aan helium.

Astronomen denken dat de heliumatomen als gevolg van de zeer hoge ultraviolette straling van de ster een veel hogere energie krijgen waardoor ze uit de atmosfeer van hun planeet kunnen ontsnappen. Maar dit is een theorie in ontwikkeling, er zijn nog veel meer aanvullende waarnemingen het CARMENES nodig om de theorie helemaal waterdicht te krijgen en het achterliggende proces helemaal te begrijpen.

Deze ontdekking zou ook gevolgen kunnen hebben voor onze theorieën over hoe planeten precies ontstaan. De onderzoekers speculeren dat gasreuzen volledig van hun atmosferen kunnen worden ontdaan. Wat er dan overblijft is een compacte kern van gesteente die dichtheden en zelfs een massa kunnen hebben die vergelijkbaar is met de Aarde of met Venus. Het zou een heel andere manier kunnen zijn waarop rotsachtige planeten ontstaan maar zoals gezegd, het is nog slechts een theorie die nog lang niet is bevestigd.

Maar met deze mogelijkheid in gedachten zouden astronomen nu kunnen gaan zoeken naar aardse planeten met superkorte omlooptijden, die het resultaat zouden kunnen zijn van dit ontgassingsproces. Nog beter zou het zijn als ze gasreuzen zouden kunnen vinden die zich in het eindstadium van dit ontgassingsproces bevinden. We moeten dan wel nog een manier bedenken om op dergelijke enorme afstanden van ons het verschil te kunnen zien tussen een aardse planeet die is ontstaan door accretie en een aardse planeet die het overblijfsel is van een gasreus.

Hopelijk zijn de recent gelanceerde TESS telescoop (Transiting Exoplanet Survey Satellite) en de nog te lanceren JWST (James Webb Space Telescope) krachtig genoeg om een flinke bijdrage re leveren aan dit onderzoek.

Eerste publicatie: 8 december 2018