Twee mini-Neptunussen gevonden die in super-Aardes veranderen

Astronomen hebben twee mini-Neptunussen gevonden, TOI-560b en HD 63433c, die hun opgezwollen atmosfeer verliezen en vermoedelijk transformeren naar super-Aardes. De resultaten zijn verschenen in twee artikelen die afgelopen week in de Astronomical Journal zijn gepubliceerd.

Een artist impressie van een mini-Neptunus en zijn ster.
Een artist impressie van een mini-Neptunus en zijn ster. Credit: Adam Makarenko, Keck Observatory.

Mini-Neptunussen zijn kleinere, dichtere versies van de Neptunus in ons zonnestelsel. Het zijn planeten waarvan men vermoedt dat ze een grote rotsachtige kern hebben die is omringd door een dikke atmosfeer.

De meeste astronomen vermoeden dat jonge mini-Neptunussen atmosferen hebben die verdampen. Maar niemand heeft er eerder eentje gevonden die dit aan het doen was. De onderzoekers gebruikten de Hubble Space Telescope om naar twee mini-Neptunussen te kijken die om de ster HD 63433 draaien. Dit is een ster van spectraalklasse G5 die ongeveer 75 lichtjaar van de Aarde is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Tweelingen – Gemini.

Daarnaast maakten ze gebruik van de Near-Infrared Echelle Spectrograph (NIRSPEC) gekoppeld aan de Keck II telescoop in Hawaï om een van de twee mini-Neptunussen rond de ster TOI-560 te bestuderen. Dit is een ster van spectraalklasse K4 die ongeveer 103 lichtjaar van de Aarde is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Waterslang – Hydra.

De resultaten toonden aan dat er atmosferisch gas ontsnapt van de binnenste mini-Neptunus in het TOI-560 systeem. Deze exoplaneet wordt aangeduid als TOI-560b, TOI-560.01 en HD 73583b. Ook ontsnapte er atmosferisch gas van de buitenste mini-Neptunus in het HD 63433 systeem; deze exoplaneet wordt HD 63433c genoemd.

Dit suggereert volgens de onderzoekers dat TOI-560b en HD 63433c in super-Aardes aan het veranderen zijn.

De astronomen zagen ook dat het gas rond TOI-560b voornamelijk in de richting van zijn moederster beweegt. Dit had men niet verwacht want modellen voorspellen dat het gas van de ster weg zal vliegen.

De astronomen konden de ontsnappende atmosfeer waarnemen door de transitie van de mini-Neptunussen voorlangs hun ster waar te nemen. In het geval van TOI-560b zagen ze signalen van helium. In het geval van HD 63433 zagen ze signalen van waterstof in de atmosfeer van HD 63433c maar niet in die van de binnenste planeet HD 63433b. de binnenste planeet heeft mogelijk zijn atmosfeer al verloren, aldus de onderzoekers.

De gemeten snelheden van het gas zijn het bewijs dat de atmosfeer van de planeten aan het verdwijnen is. Het waargenomen helium rond TOI-560b beweegt met een snelheid van 20 kilometer per seconde terwijl het waterstof rond HD 63433c met maar liefst 50 kilometer per seconde beweegt.

De zwaartekracht van deze mini-Neptunussen is niet sterk genoeg om dergelijk snel-bewegend gas vast te houden.

De omvang van de uitstroom rond de planeten duidt ook op ontsnappende atmosferen; de gasschil rond TOI-560b is minstens 2,5 keer zo groot als de straal van de planeet en de gasschil rond HD 63433c is minstens 12 keer de straal van de planeet. De waarnemingen lieten ook zien dat het gas vanuit TOI-560c richting zijn ster stroomt.

Toekomstige waarnemingen van andere mini-Neptunussen zullen moeten uitwijzen of deze exoplaneet een uitzondering is of dat naar binnen toe bewegende atmosferische stromingen meer algemeen zijn.

Exoplaneetwetenschappers hebben inmiddels geleerd om het onverwachte te verwachten. Er worden steeds meer exotische werelden gevonden die astronomen verrassen met nieuwe natuurkunde die anders is dan die ze in ons eigen zonnestelsel waarnemen.

Artikelen:

Eerste publicatie: 5 februari 2022
Bron: Sci-News & Hubble