Een jonge gasreus exoplaneet heeft astronomen verbaasd

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Een jonge gasreus exoplaneet heeft astronomen verbaasd

Bericht door univers » 27 nov 2022, 06:48

Wetenschappers vinden de jongste super-Joviaanse exoplaneet tot nu toe waarvoor ze zowel massa als grootte meten

Een team van astronomen onder leiding van Olga Zakhozhay van de MPIA ontdekte een gigantische exoplaneet rond de zonachtige ster HD 114082. Met een leeftijd van slechts 15 miljoen jaar is deze super-Jupiter de jongste exoplaneet in zijn soort waarvoor astronomen het wisten te bepalen zijn straal en massa. Hoewel zijn grootte overeenkomt met de diameter van Jupiter, bedraagt ​​de massa van HD 114082 b acht keer de waarde van Jupiter. Het combineren van deze grootheden is moeilijk te rijmen met de algemeen aanvaarde modellen van planeetvorming. Een mogelijke oplossing voor dit raadsel kan een update van de formatiemodellen vereisen om een ​​ongewoon grote vaste planetaire kern mogelijk te maken. De resultaten verschijnen als Letter to the Editor in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics .

Afbeelding
Artistieke voorstelling van een exoplaneet van een gasreus die rond een zonachtige ster draait. De jonge exoplaneet HD 114082 b draait binnen 110 dagen rond zijn zonachtige ster op een afstand van 0,5 astronomische eenheden. © NASA/JPL-Caltech

Astronomen hebben meer dan 5000 exoplaneten ontdekt, waarvan ongeveer 15% gasreuzen zijn met massa's van minstens die van Jupiter. Nu ontdekte een groep astronomen onder leiding van Olga Zakhozhay (Max Planck Instituut voor Astronomie, Heidelberg, Duitsland en Main Astronomical Observatory, National Academy of Sciences van Oekraïne, Kiev, Oekraïne) een exoplaneet genaamd HD 114082 b met een eigenaardige reeks eigenschappen die laat wetenschappers krabben zich achter de oren.

De planeet is ongeveer zo groot als Jupiter, maar zijn massa bereikt acht Jupiter-massa's. " Vergeleken met de momenteel geaccepteerde modellen is HD 114082 b ongeveer twee tot drie keer te dicht voor een jonge gasreus van slechts 15 miljoen jaar oud ", zegt Olga Zakhozhay, de hoofdauteur van het onderzoek. De resulterende gemiddelde dichtheid van die gasplaneet bedraagt ​​tweemaal die van de aarde - wat echt opmerkelijk is. De aarde is tenslotte een rotsachtige planeet met een kern van ijzer en nikkel, en niet gemaakt van waterstof en helium, de lichtste elementen in het heelal waaruit Jupiter bijna volledig bestaat.

" HD 114082 b is momenteel de jongste bekende gasreuzenplaneet met een vastgestelde massa en straal ", benadrukt Zakhozhay. Als resultaat belooft het astronomen iets te leren over de vorming van gasreuzen in het algemeen.

Afbeelding
Eigenschappen van de exoplaneet HD 114082 b.

Twee verschillende mechanismen van planeetvorming
" We denken dat gigantische planeten zich op twee mogelijke manieren kunnen vormen", zegt Ralf Launhardt, een co-auteur van MPIA. “ Beide komen voor in een protoplanetaire schijf van gas en stof die rond een jonge centrale ster is verdeeld. ” Het eerste proces, bekend als "core accretion", omvat in een eerste fase het verzamelen van een vaste kern van rotsachtig materiaal. Zodra het een kritieke massa bereikt, trekt zijn zwaartekracht het omringende gas aan, wat leidt tot de aanwas van waterstof en helium in een op hol geslagen proces om een ​​gigantische planeet te vormen. De tweede modus, "disk instability" genaamd, bevat door de zwaartekracht onstabiele pakketten dicht gas die direct instorten om uit te groeien tot een gigantische planeet zonder een rotsachtige kern.

Afhankelijk van de aannames die voor die twee scenario's zijn gemaakt, zou het gas met verschillende snelheden moeten afkoelen, wat de temperatuur van jonge gasreuzenplaneten bepaalt. Daarom kunnen de nieuwe planeten een "koude start" of een "hete start" ervaren, wat leidt tot waarneembare verschillen die mogelijk onderscheid kunnen maken tussen die modellen, vooral op jonge leeftijd.

De voorkeursmodellen passen niet
Momenteel geven astronomen de voorkeur aan een kernaanwasscenario met een hete start voor gigantische planeten zoals HD 114082 b . Aangezien heet gas een groter volume omvat dan koud gas, moet men opmerkelijke verschillen in de afmetingen van de waargenomen planeten meten. Dit contrast in grootte is meer uitgesproken voor jonge planeten. Het wordt echter minder uitgesproken tijdens de eerste honderden miljoenen jaren van afkoeling na vorming.

Op het eerste gezicht tart HD 114082 b de verwachtingen van de astronomen. De combinatie van massa en grootte is onverenigbaar met het hotstart-beeld. In plaats daarvan lijkt het beter te passen bij het koudestartscenario. Interessant is dat andere, iets oudere kandidaten die in andere onderzoeken worden genoemd, hetzelfde gedrag vertonen. “ Het is veel te vroeg om het idee van een hete start los te laten ”, legt Ralf Launhardt uit. “ Alles wat we kunnen zeggen is dat we de vorming van reuzenplaneten nog steeds niet zo goed begrijpen. ” Het is duidelijk dat de HD 114082 b in vergelijking met de huidige modellen te klein is voor zijn massa. Of het heeft een ongewoon grote vaste kern, of de modellen kloppen niet en onderschatten de snelheid waarmee die gasreuzen kunnen afkoelen – of beide.

Het voordeel van langlopende projecten
De ontdekking van HD 114082 b is het resultaat van een uitgebreid observatieprogramma genaamd RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young stars). Momenteel bestaat het uit 775 uur observatietijd met de MPIA-gestuurde ESO/MPG 2,2-meter telescoop op de locatie van de European Southern Observatory (ESO) La Silla in Chili, verspreid over 4,5 jaar. RVSPY is een goed voorbeeld van astronomisch onderzoek met een hoge opbrengst, uitgevoerd bij telescopen met langdurige toegang gedurende een lange periode. Dergelijke studies zouden nauwelijks mogelijk zijn met de nieuwste telescopen, aangezien de observatietijd per project door de grote vraag ernstig beperkt is.

RVSPY heeft tot doel de populatie van (hete, warme en koude) reuzenplaneten rond jonge sterren bloot te leggen. Om dit te doen, verkrijgen de astronomen tijdreeksen van spectra van 111 jonge sterren, wat betekent dat het sterlicht wordt opgesplitst in zijn fundamentele kleurcomponenten, vergelijkbaar met wat we in een regenboog zien. Kleine periodieke verschuivingen in de stellaire spectra kunnen wijzen op een tuimelende beweging van de waargenomen ster veroorzaakt door de zwaartekracht van een in een baan om de aarde draaiende planeet. In principe kan de activiteit van de sterren, zoals pulsaties of fakkels, de metingen in gevaar brengen, vooral bij jonge sterren zoals HD 114082. De kwaliteit van de RVSPY-gegevens is echter goed genoeg om het signaal van de wiebelende ster zonder enige twijfel te detecteren. Het team nam ook oudere archiefgegevens van andere telescopen op om de dekking naar het verleden uit te breiden.

Afbeelding
Lichtkromme van de overgang van de exoplaneet over zijn moederster. Het toont de relatieve vermindering van de stellaire intensiteit als gevolg van de lichte verduistering veroorzaakt door HD 114082 b bij het passeren voor zijn ster. Olga Zakhozhay en haar team hebben op basis van deze meting de grootte van de planeet bepaald. De gegevens zijn afkomstig van de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS
© Zakhozhay et al. (2022) /MPIA

Een transitgebeurtenis voltooit de analyse

Terwijl astronomen deze zogenaamde radiale snelheidsmethode (RV) toepassen om de massa van een planeet en de duur van één omwenteling rond zijn centrale ster, de omlooptijd, af te leiden, moeten ze vertrouwen op een andere techniek om de grootte ervan te bepalen. Stel dat de baan van de planeet zo naar ons is gericht dat hij toevallig de centrale ster passeert. Astronomen noemen zo'n gebeurtenis een 'transit'. Wanneer dat gebeurt, kan de periodieke kleine vermindering van het ontvangen licht tijdens transits direct worden vertaald in de straal van de planeet en helpt het de omlooptijd te verfijnen.

" We vermoedden al een bijna edge-on configuratie van de planetaire baan van een ring van stof rond HD 114082 die enkele jaren geleden werd ontdekt ", zegt Olga Zakhozhay. “ Toch hadden we het geluk dat we een waarneming in de TESS-gegevens vonden met een prachtige overgangslichtcurve die onze analyse verbeterde. ” TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) is een NASA-ruimtesonde die op zoek is naar exoplaneten rond sterren die zich relatief dicht bij de aarde bevinden.

Door deze metingen te combineren, ontdekten Zakhozhay en haar collega's dat HD 114082 b binnen 110 dagen rond zijn zonachtige moederster draait op een afstand van ongeveer 0,5 astronomische eenheden. Een astronomische eenheid is de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde. Het lijkt dus op de baan van Mercurius rond onze zon.

Behoefte aan betere modellen
HD 114082 b is een van de slechts drie jonge reuzenplaneten met een leeftijd tot 30 miljoen jaar met bekende massa's en afmetingen. En ze zijn allemaal waarschijnlijk niet in overeenstemming met de meest gebruikte hot-start-modellen. Hoewel de astronomen kijken naar statistieken met een laag aantal met drie van de drie, lijkt het onwaarschijnlijk dat die planeten allemaal uitschieters zijn. " Hoewel er meer van dergelijke planeten nodig zijn om deze trend te bevestigen, zijn we van mening dat theoretici hun berekeningen opnieuw moeten evalueren ", benadrukt Zakhozhay. “ Het is opwindend hoe onze waarnemingsresultaten worden teruggekoppeld naar de theorie over planeetvorming. Ze helpen onze kennis over hoe deze gigantische planeten groeien te verbeteren en vertellen ons waar de hiaten in ons begrip liggen. ”

Achtergrond informatie
De MPIA-onderzoekers die bij deze studie betrokken zijn, zijn Olga V. Zakhozhay (ook Main Astronomical Observatory, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Oekraïne), Ralf Launhardt, Trifon Trifonov, Martin Kürster, Thomas Henning en Gabriel-Dominique Marleau (ook University Duisburg-Essen, Duitsland; Universiteit van Tübingen, Duitsland; Universiteit van Bern, Zwitserland).

https://www.mpia.de/news/science/2022-18-hd114082b
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie