Bizarre nieuwe planeet is grootste rotsplaneet die ooit werd ontdekt

Het omvangrijke hemellichaam, mogelijk de kern van een mislukte gasreus, zet de kennis van astronomen over planeetvorming op losse schroeven.

Friday, July 3, 2020,
Door Nadia Drake
De doorsnede van TOI-849b is ongeveer even groot als die van Neptunus, maar de rotsachtige planeet ...

De doorsnede van TOI-849b is ongeveer even groot als die van Neptunus, maar de rotsachtige planeet heeft een enorme dichtheid en staat dicht bij zijn moederster.

Foto van Illustratie Mark Garlick, University of Warwick

Op zo'n 730 lichtjaar van ons, niet zo heel ver op de schaal van ons sterrenstelsel, draait een volkomen bizarre planeet rond een ster die lijkt op onze zon. Hij is groot, heeft een grote dichtheid, staat dicht zijn moederster en is anders dan alles wat astronomen tot nu toe hebben gezien, in ons eigen zonnestelsel of daarbuiten.

De gloeiendhete planeet TOI-849b is de zwaarste rotsachtige planeet die ooit werd waargenomen, met een hoeveelheid materiaal die gelijk staat aan veertig keer de aarde. Vanwege die enorme massa zou je denken dat het om een gasreus als Jupiter gaat, maar TOI-849b heeft nauwelijks een atmosfeer. De verklaring voor het ontstaan van een dergelijke planeet zorgt voor vraagtekens bij de bestaande kennis over de vorming van planeten.

“Het is heel moeilijk om een planeet met de massa en dichtheid van TOI-849b te laten ontstaan zonder dat het een gasreus wordt,” schrijft David Armstrong, in een e-mail. Hij doet onderzoek naar exoplaneten aan de Britse University of Warwick en is de hoofdauteur van het artikel dat onlangs verscheen in het vakblad Nature over de nieuw ontdekte planeet. “Er is iets fout gegaan in dat standaardproces.” Armstrong en zijn collega's vermoeden dat de planeet de ‘naakte’, gasloze kern is van een reusachtige planeet die eigenlijk groter was dan Jupiter.

“Het zijn dit soort hemellichamen die zorgen voor verdere ontwikkeling van de theorie en die het onderzoeksveld van exoplaneten en planeetwetenschap zo spannend maken,” stelt coauteur Ravit Helled van de Universität Zürich in een e-mail.

“Dit is echt heel vreemd!” voegt Jonathan Fortney daar aan toe. Hij is directeur van het Other Worlds Laboratory van de University of California Santa Cruz, en was niet betrokken bij de waarneming. “Maar ik weet niet zo goed wat dit zegt.”

Een vreemde eend in de bijt

In de afgelopen tien jaar hebben planeetjagers duizenden verafgelegen werelden ontdekt in ons sterrenstelsel. De meeste zijn letterlijk onaards, ze vallen in categorieën als ‘hete Jupiters’ (grote gasplaneten met een kleine baan) of ‘superaardes’ (rotsachtige planeten die groter zijn dan de onze maar kleiner dan Neptunus). TOI-849b valt echter in geen van deze categorieën.

De planeet werd ontdekt door de naar planeten speurende NASA-ruimtetelescoop TESS, oftewel de Transiting Exoplanet Survey Satellite, die de tweehonderdduizend helderste sterren bekijkt die het dichtst bij ons in de buurt staan. De planeet verraadde zijn bestaan door voor de ster langs te bewegen, waardoor een minuscule hoeveelheid licht van de ster werd geblokkeerd. Uit die kortstondige passages bleek dat de buitenaardse wereld er achttien uur over doet om een volledige baan om zijn ster te draaien. Dat betekent dat de oppervlaktetemperatuur maar liefst zo'n 1500 graden Celsius is.

Zonnestelsel 101
Uit hoeveel planeten bestaat ons zonnestelsel? Hoe ontstond het in de Melkweg? Kom hier meer te weten over de geboorte van ons zonnestelsel, en de planeten, manen en planetoïden.

De Tess-waarnemingen toonden ook aan dat doorsnede van de planeet ongeveer 3,4 keer die van de aarde is, of zo'n 85% van die van Neptunus. Daarmee is het hemellichaam buitensporig groot voor de kleine afstand tot zijn moederster. Als astronomen planeten zagen die zo dicht bij een ster staan, waren dat tot dusverre meestal hete Jupiters of veel kleinere superaardes, en geen daarvan stond in wat wel de Neptuniaanse woestijn wordt genoemd.

“Daar zijn echt geen planeten met zo'n massa,” aldus Fortney. TOI-849b zou gezien zijn doorsnede een hete Neptunus kunnen zijn, maar zijn massa is twee tot drie keer zo groot.

Uit vervolgonderzoek met de HARPS-spectrograaf op het La Silla-observatorium in Chili bleek dat TOI-849b ongeveer even groot als Neptunus, maar minstens twee keer zo zwaar is. Dat betekent dat de planeet een enorme dichtheid heeft. De rotsachtige planeet heeft mogelijk een dunne atmosfeer, waarschijnlijk bestaande uit waterstof en helium, maar die bevat bij lange na niet de hoeveelheid gas die een dergelijke zware planeet aan zich zou moeten binden.

“Wij denken dat de planeet een mengeling is van metalen, silicaten en water, met misschien een heel dun laagje atmosfeer,” vertelt Helled.

Een overblijfsel uit een ver verleden?

Armstrong en zijn collega's leiden uit de vreemde eigenschappen van de planeet af dat het wellicht gaat om de kern van een gasreus, die in zijn geheel zwaarder had moeten zijn dan Jupiter. De gasreuzen in ons eigen zonnestelsel (Jupiter en Saturnus) hebben waarschijnlijk een kern met een grote dichtheid van gesteente en exotische materialen, maar de kern van geen van beide planeten komt in de buurt van TOI-849b.

“Onze beste schattingen van de massa van dat deel van de kern van Jupiter zijn verrassend onzeker,” aldus Armstrong. “Maar volgens een recent onderzoek zou dat maximaal 25 keer de massa van de aarde zijn. TOI-849b is nog veel zwaarder.”

De huidige theorieën over de vorming van planeten gaan ervan uit dat die zich ontwikkelen uit kleine stukjes gesteente en ijs in de schijven van gas en stof die rond pasgeboren sterren draaien. Sommige planeten, zoals de aarde, verzamelen een hoeveelheid vast materiaal en blijven relatief klein, terwijl andere gassen aantrekken en opzwellen tot enorme planeten met een reusachtige atmosfeer, zoals Jupiter en Saturnus.

Als een planeet ongeveer tien keer de massa van de aarde is, begint er een proces dat in het Engels ‘runaway gas accretion’ (accretie van ontsnapt gas) wordt genoemd, legt Armstrong uit, waarbij het waterstof en helium in de omgeving van de ster wordt aangetrokken door de zwaartekracht van de ster. Een kern met een massa van veertig keer de aarde zou een verbijsterende hoeveelheid gas moeten verzamelen - maar het ziet er niet naar uit dat dit bij TOI-849b het geval is.

“We kunnen nu alvast zeggen dat planeten als TOI-849b zeldzaam zijn, maar ze bestaan dus wel en nu moeten we erachter zien te komen hoe dat zit,” aldus Helled.

Een van de mogelijkheden is dat TOI-849b een gat veroorzaakte in de gasschijf rond zijn moederster, waardoor er geen materiaal meer was om te verzamelen, waarna de ontwikkeling van de planeet stilviel. Een andere mogelijkheid is dat TOI-849b het restant is van een ooit enorme planeet die om de een of andere reden zijn atmosfeer kwijtraakte, wellicht vanwege de kleine afstand tot zijn moederster. Maar planeetonderzoekers vragen zich in dat geval wel af hoe de planeet in iets meer dan een paar miljard jaar een gasmassa kon kwijtraken van enkele honderden keren de aarde.

Een derde optie is dat er in de beginjaren van de planeet grote schokken zijn geweest, bijvoorbeeld botsingen met andere beginnende planeten van dezelfde omvang, waardoor de rotsachtige planeetkern steeds groter werd en de atmosfeer verdween.

“Ik denk dat de belangrijkste aanwijzing is dat TOI-849b zich in de Neptuniaanse woestijn bevindt, wat wijst op een bijzonder verleden,” aldus Armstrong. “Ik denk persoonlijk dat sprake is van een ongebruikelijke ontstaansgeschiedenis.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Astronomen verbijsterd: mysterieus object opgeslokt door zwart gat

Het onbekende hemellichaam, dat door de meting van zwaartekrachtsgolven kon worden gelokaliseerd, stelt aloude opvattingen over de gewelddadige dood van reuzensterren ter discussie.

Vreemd interstellair object afgebroken van een dode planeet?

De vreemde, langgerekte vorm van ’Oumuamua, het eerste hemellichaam dat voor zover bekend vanuit de interstellaire ruimte ons zonnestelsel is binnengedrongen, is mogelijk ontstaan toen een planeet door een ster uit elkaar werd getrokken.

18 planeten ter grootte van de aarde ontdekt recht voor onze neus

Astronomen voorspellen dat er nog honderden kleine planeten van dit type zullen worden ontdekt in onze Melkweg, dankzij een nieuwe methode om data van de NASA te analyseren.
Lees meer