Een niet-gasreus met een massa van 73 keer de massa van de aarde verbijstert zijn ontdekkers – Ars Technica

Wetenschappers werken al aan modellen voor planeetvorming voordat we wisten dat er exoplaneten bestonden. Deze modellen lieten zich oorspronkelijk leiden door de eigenschappen van de planeten in ons zonnestelsel, en zijn opmerkelijk goed gebleken in het verklaren van exoplaneten die geen equivalent hebben in ons zonnestelsel, zoals superaardes en hete Neptunussen. Voeg daarbij het vermogen van planeten om te bewegen dankzij zwaartekrachtinteracties, en meestal kan rekening worden gehouden met de eigenschappen van exoplaneten.

Vandaag kondigt een groot internationaal team van onderzoekers de ontdekking aan van iets dat onze modellen niet kunnen verklaren. Het is ongeveer zo groot als Neptunus, maar vier keer groter. De dichtheid ervan – veel hoger dan die van ijzer – komt overeen met het feit dat de hele planeet vrijwel geheel vast is of een oceaan heeft die diep genoeg is om hele planeten onder te dompelen. Hoewel de mensen die het hebben ontdekt twee theorieën aandragen voor de vorming ervan, is geen van beide bijzonder waarschijnlijk.

Vreemde vreemdeling

De studie van de nieuwe planeet begon zoals velen dat nu doen: hij werd geïdentificeerd als een object van interesse door de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, voor TESS Object of Interest). TOI-1853 is een ster die iets kleiner is dan onze zon, met een massa van ongeveer 0,8 keer. Er waren duidelijke tekenen van het bestaan ​​van een planeet dichtbij de ster, die nu TOI-1853 b heet. De planeet draait dicht bij zijn moederster en voltooit een volledige baan in 1,24 dagen.

De onderzoekers gebruikten die tijd om de afstand te bepalen waarop de planeet draait. Op basis van een combinatie van die afstand, de grootte van de ster en de hoeveelheid licht die de planeet blokkeert, is het mogelijk om de grootte van de planeet te schatten. Dit blijkt ongeveer 3,5 keer de straal van de aarde te zijn, wat betekent dat hij iets kleiner is dan Neptunus.

Dit is op zichzelf niet ongebruikelijk. Er zijn veel planeten ter grootte van Neptunus ontdekt. Maar de combinatie van grootte en nabijheid van de ster is onverwacht. Het plaatst hem in wat de ‘hete woestijn van Neptunus’ wordt genoemd, waar de intense straling van de ster uit de atmosfeer van de planeet straalt. Neptunussen die de hete woestijnstaat bereiken, ontdoen ze uiteindelijk van hun rotsachtige kern, waardoor ze superaardes worden.

Dus wat deed TOI-1853 b in de woestijn? Om hier achter te komen, gebruikten de onderzoekers observatoria op de grond om de beweging van zijn gastster te volgen terwijl de zwaartekracht van TOI-1853 b veranderde terwijl deze door zijn baan bewoog. De versnelling van de beweging van de ster als gevolg van deze weerstand kan worden gebruikt om de massa van de planeet te schatten.

Het blijkt dat TOI-1853 b dat heeft veel Van de massa. De massa wordt geschat op 73 keer de massa van de aarde, of meer dan vier keer de massa van Neptunus. Dit betekent uiteraard dat de samenstelling ervan totaal anders moet zijn dan die van Neptunus.

Krokant van binnen en van buiten?

De onderzoekers die bij de ontdekking betrokken waren, besteden heel wat tekst waarin ze beschrijven hoe vreemd TOI-1853 b is. Er zijn planeten met vergelijkbare dichtheden, maar meestal veel kleiner, dit zijn superaardes die zijn gevormd door een Neptunus-achtige planeet uit zijn atmosfeer te halen. Er zijn planeten met een vergelijkbare massa, maar ongeveer twee keer zo zwaar, die waarschijnlijk uitgebreide atmosferen en/of oceanen hebben. “Het beslaat een gebied van de orbitale cluster [distance] De onderzoekers concludeerden dat “het gebied van hete planeten dat voorheen verstoken was van lichamen overeenkomt met het drogere gebied van de hete woestijn van Neptunus.”

De eigenaardigheden houden daar niet op. Er zijn twee combinaties die zinvol zijn gezien de dichtheden die hier spelen. Eén daarvan is dat de planeet bijna geheel bestaat uit rotsachtig materiaal zoals de aarde, met een zeer dunne atmosfeer die hoogstens één procent van de massa voor zijn rekening neemt. Het alternatief is dat de massa gelijkmatig wordt verdeeld tussen de rotsachtige kern en een enorme laag water.

Natuurlijk zal dit niet het water zijn zoals wij dat kennen. Vanwege de nabijheid van zijn moederster en de enorme druk van deze grote oceaan, zou tenminste een deel van dat water zich in een superkritische toestand bevinden, en de druk nabij de rotsachtige kern zou het water dwingen vaste stoffen onder hoge druk te vormen. In het hart zullen de dingen net zo vreemd zijn. Zoals de onderzoekers opmerken: “blijven de eigenschappen van materie bij zulke hoge centrale drukken onzeker.”

We hebben niet alleen moeite om het heden ervan te begrijpen, we weten ook niet wat het verleden ervan is. Kleine stofdeeltjes van de planeetvormende schijf zullen zich niet meer ophopen voordat TOI-1853 b zijn huidige massa bereikt, omdat zelfs een kleinere planeet de schijf zou kunnen ontwrichten. Het is onwaarschijnlijk dat het zich op de huidige locatie zou hebben gevormd, aangezien vaste stoffen daar moeilijk kunnen condenseren.

Twee mogelijkheden, niet waarschijnlijk

Onderzoekers suggereren twee mogelijkheden. Eén daarvan is dat zich verderop een groep kleine planeten heeft gevormd die vervolgens hun banen hebben gedestabiliseerd terwijl de schijf geleidelijk verdampte. Dit had kunnen leiden tot botsingen waarbij vele planeten uiteenspatten, waardoor hun puin vervolgens één enkel lichaam vormde. Maar deze processen hebben de neiging om geen afzonderlijke objecten te vormen, en er zouden waarschijnlijk veel planeten nodig zijn om 73% van het aardse equivalent aan materiaal te vervoeren.

Het alternatief is dat verschillende gasreuzen zich veel verder weg vormden en vervolgens elkaars banen destabiliseerden, waardoor er één zeer excentriek achterbleef, met een deel van de baan extreem dicht bij de gastster. Hierdoor zou het materiaal uit het binnenste van de planeetvormende schijf kunnen verzamelen, een proces waarmee een Jupiter-achtige planeet zijn massa bijna zou kunnen verdubbelen. Dankzij zijn maximale baan kan hij ook zijn atmosfeer naar de ster overbrengen. Nadat deze processen zijn voltooid, zullen de getijdeninteracties tussen de planeet en de ster uiteindelijk zijn baan regelmatiger maken.

Er is niets fysiek onmogelijk aan deze mogelijke vormingsmechanismen, maar beide vereisen een reeks onverwachte gebeurtenissen. Het universum is groot, en het is mogelijk dat deze dingen ergens gebeuren, maar het lijkt onredelijk om te verwachten dat we zo snel de gevolgen ervan zullen merken.

Eén ding dat ons zou kunnen helpen de oorsprong van TOI-1853 b te begrijpen, is de aanwezigheid van andere planeten in het systeem, wat ons zou kunnen helpen begrijpen wat er in de binnenste delen van dit buitenste systeem gebeurde. TOI-1853 b is zo groot en zo dichtbij dat hij een enorm signaal uitzendt, en we zouden moeite hebben gehad om andere planeten in dit systeem te detecteren. Onderzoekers schatten dat zoiets massiefs als tien aardse wezens ook dicht bij de ster zouden kunnen draaien, en dat zouden we gemist hebben. Continue feedback kan de sleutel zijn om het systeem te begrijpen.

Natuur, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (Over digitale ID’s).