Drie pas ontdekte planeten draaien gevaarlijk dicht om sterren die het einde van hun leven naderen. Van de duizenden buitenaardse planeten die tot nu toe zijn gevonden, hebben deze drie gasreuzenplaneten, die voor het eerst zijn ontdekt door de NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) missie, enkele van de kortste perioden of banen rond subreuzen of reuzensterren. Een van de planeten, TOI-2337b, zal in minder dan 1 miljoen jaar door zijn gastheerster worden opgeslokt, sneller dan enige andere planeet die momenteel bekend is.
"Deze ontdekkingen zijn van cruciaal belang voor het begrijpen van een nieuwe grens in de studie van exoplaneten: hoe planetenstelsels in de loop van de tijd evolueren," legt hoofdauteur Samuel Grunblatt uit, een postdoctoraal medewerker aan het American Museum of Natural History en het Flatiron Institute in New York City. Grunblatt, die zijn doctoraat behaalde aan het Instituut voor Astronomie van de Universiteit van Hawaï (UH IfA), voegde eraan toe dat "deze waarnemingen een nieuw venster bieden op planeten die het einde van hun leven naderen, voordat ze worden opgeslokt door hun gaststerren".
Grunblatt kondigde de ontdekking en bevestiging van deze planeten - TOI-2337b, TOI-4329b, en TOI-2669b - vandaag aan op een persconferentie van de American Astronomical Society; de studie is geaccepteerd voor publicatie in het Astronomical Journal en is beschikbaar in preprint formaat op arXiv.org. De onderzoekers schatten dat de planeten massa's hebben tussen 0,5 en 1,7 keer de massa van Jupiter, en afmetingen die variëren van iets kleiner tot meer dan 1,6 keer de grootte van Jupiter. Ze bestrijken ook een breed scala aan dichtheden, van piepschuimachtig tot drie keer dichter dan water, wat duidt op een zeer uiteenlopende oorsprong.
Men denkt dat deze drie planeten slechts het topje van de ijsberg zijn. "We verwachten met TESS tientallen tot honderden van deze geëvolueerde planetenstelsels te vinden, wat nieuwe details zal opleveren over hoe planeten met elkaar interageren, zich opblazen en rond sterren migreren, inclusief die zoals onze zon," zegt Nick Saunders, een afgestudeerde student aan de UH IfA en medeauteur van de studie. De planeten werden voor het eerst gevonden in NASA TESS Mission full-frame beeldgegevens genomen in 2018 en 2019. Grunblatt en zijn medewerkers identificeerden de kandidaat-planeten in TESS-gegevens, en gebruikten vervolgens W. M. Keck Observatory's High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) op Maunakea, Hawaiʻi om het bestaan van de drie planeten te bevestigen.
"De Keck-waarnemingen van deze planetenstelsels zijn van cruciaal belang om hun oorsprong te begrijpen, en helpen om het lot van zonnestelsels zoals het onze te onthullen," zei UH IfA-astronoom Daniel Huber, die co-auteur van de studie was.
De huidige modellen van planeetdynamica suggereren dat planeten in een spiraal naar hun gastheerster toe bewegen naarmate de sterren zich ontwikkelen, vooral in de laatste 10% van de levensduur van de ster. Dit proces verhit ook de planeten, waardoor hun atmosfeer mogelijk wordt opgeblazen. Deze sterevolutie zorgt er echter ook voor dat de banen van planeten rond de gastheerster dichter bij elkaar komen te liggen, waardoor de kans toeneemt dat sommige planeten met elkaar in botsing komen, of zelfs het hele planetenstelsel destabiliseren.
De grote verscheidenheid aan planeetdichtheden die in de studie zijn gevonden, suggereert dat deze planetenstelsels zijn gevormd door chaotische interacties tussen planeten. Dit kan ook hebben geleid tot onvoorspelbare opwarmingssnelheden en tijdschalen voor deze planeten, waardoor ze het brede scala aan dichtheden hebben gekregen dat we nu waarnemen.
Toekomstige waarnemingen van een van deze systemen, TOI-4329, met de onlangs gelanceerde James Webb-ruimtetelescoop zouden bewijs kunnen opleveren voor water of koolstofdioxide in de atmosfeer van de planeet. Als deze moleculen worden waargenomen, zouden de gegevens aanwijzingen kunnen geven over waar deze planeten zijn ontstaan en wat voor soort interacties hebben plaatsgevonden om de planeetbanen te produceren die we nu zien. Door deze systemen met de NASA TESS-telescoop te blijven volgen, kan de snelheid waarmee deze planeten in hun gastheerster terechtkomen, worden bepaald. Tot nu toe is in geen van de systemen een duidelijk signaal van baanverval waargenomen, maar een langere basislijn van waarnemingen met de TESS Extended Missions zal veel scherpere beperkingen van planeet-in-spiraal opleveren dan nu mogelijk is, en onthullen hoe sterk planetenstelsels worden beïnvloed door stellaire evolutie.
Het team hoopt dat deze 'planetaire archeologie' ons zal helpen om het verleden, het heden en de toekomst van planetenstelsels te begrijpen, en ons een stap dichter brengt bij het antwoord op de vraag: "Zijn wij alleen?"
Over het W.M. Keck Observatory
De telescopen van het W. M. Keck Observatory behoren tot de meest wetenschappelijk productieve op aarde. De twee 10-meter optische/infraroodtelescopen op de top van Maunakea op het eiland Hawaiʻi zijn uitgerust met een reeks geavanceerde instrumenten waaronder imagers, multi-object spectrografen, hoge-resolutie spectrografen, integrale-veld spectrometers, en wereldleidende laser gids ster adaptieve optica systemen. Sommige van de hier gepresenteerde gegevens zijn verkregen bij het Keck Observatory, een particuliere 501(c) 3 non-profit organisatie die als wetenschappelijk samenwerkingsverband tussen het California Institute of Technology, de University of California en de National Aeronautics and Space Administration wordt geëxploiteerd. Het Observatorium werd mogelijk gemaakt door de genereuze financiële steun van de W. M. Keck Foundation. De auteurs willen hun erkenning en waardering uitspreken voor de zeer belangrijke culturele rol en de eerbied die de top van Maunakea altijd heeft gehad binnen de inheemse Hawaiiaanse gemeenschap. Wij hebben het grote geluk waarnemingen te kunnen doen vanaf deze berg.
Bron: W. M. Keck Observatory
