Exoplaneet die rond een dode ster draait, zou het lot van ons zonnestelsel kunnen aantonen

Nieuwe waarnemingen kunnen nieuwe aanwijzingen bieden over hoe een gigantische exoplaneet de gewelddadige dood van zijn moederster overleefde – en in een nauwe baan rond zijn stellaire overblijfselen kwam.

De bevindingen zouden kunnen dienen als een voorproefje van het lot dat de grootste planeten van ons zonnestelsel te wachten staat – zoals de gasreuzen Jupiter en Saturnus – wanneer de zon over 5 miljard jaar sterft.

Astronomen ontdekte een verbijsterende planeet ter grootte van Jupiter in 2020 zoefde dat rond een dode witte dwergster. Gelegen 80 lichtjaren van onze planeetWD 1856 b is zeven keer groter dan zijn ster ter grootte van de aarde.

“Dit is een van de meest bizarre planetaire systemen die we kennen”, zegt dr. Christopher O’Connor, co-auteur van een studie die woensdag in het tijdschrift is gepubliceerd. Natuur waarin de waarnemingen gedetailleerd zijn beschreven. O’Connor is een postdoctoraal fellow die stellaire en planetaire astrofysica en dynamica bestudeert aan het Centre for Interdisciplinaire Exploration and Research in Astrophysics van de Northwestern University.

WD 1856 b voltooit elke 34 uur één baan rond de dode ster en bevindt zich op minder dan 3 miljoen kilometer van zijn gastheer.

Wanneer een massieve zonachtige ster de waterstofbrandstof in zijn kern uitput, zwelt hij op tot meer dan 100 keer zijn grootte voordat hij ineenstort tot een dichte witte dwerg. Gezien de nabijheid van WD 1856 b tot zijn ster – 50 keer dichterbij dan de aarde tot onze zon is – wisten astronomen niet zeker hoe de planeet de vernietiging van zijn gastheer overleefde.

Om de onwaarschijnlijke overlevingsreis van WD 1856 b te volgen, gebruikten O’Connor en zijn collega’s de James Webb-ruimtetelescoop om de laatste glimpen van de planeet vast te leggen en de atmosfeer, massa en temperatuur te meten. Bijna elke vondst die het team deed was onverwacht – en suggereerde dat enorme planeten de ondergang van hun gaststerren kunnen overleven op manieren die voorheen voor onmogelijk werden gehouden.

De krappe baan van de planeet en de scheve relatieve afmetingen van WD 1856 b en zijn gastheerster motiveerden O’Connor en zijn collega’s om verder onderzoek te doen.

“Voor een theoretisch astrofysicus voelt het vinden van een vreemd object op een plek waar het ‘niet zou moeten zijn’ een beetje als een uitnodiging van het universum om creatief aan de slag te gaan op zoek naar een verklaring,” schreef O’Connor in een e-mail.

Maar observaties maken met Webb was een uitdaging. Het team had beperkte kansen om een ​​transit te observeren, of de dip in het sterlicht als een planeet voor zijn ster langs beweegt. Dode witte dwergen zijn veel zwakker dan de planeetsterren die normaal gesproken met Webb worden waargenomen, zei co-auteur Victoria Boehm, een afgestudeerde student aan de afdeling astronomie aan de Cornell University.

“Om het nog moeilijker te maken: de transit van de planeet duurt maar acht minuten, dus het is heel erg dat als je knippert, je hem mist”, zei Boehm in een verklaring. “Voldoende licht vastleggen om het spectrum van WD 1856 b te zien, en dit tegelijkertijd snel genoeg doen om de transit niet te missen, is iets dat alleen Webb kan doen.”

Maar het spectrum, of de gegevens die werden vastgelegd toen het licht van de ster door de atmosfeer van de planeet trok, onthulden voorheen onbekende informatie over WD 1856 b.

Het team stelde vast dat de planeet tussen de vier en elf keer de massa van Jupiter heeft.

Infraroodlicht uitgezonden door WD 1856 b suggereerde dat het een temperatuur heeft van ongeveer 260 graden Fahrenheit (127 graden Celsius) – ongeveer 240 graden heter dan wanneer het alleen door de dode ster zou worden verwarmd.

“Dat was eigenlijk wat ons op weg zette om de geschiedenis van de planeet uit onze gegevens te halen”, zegt O’Connor.

Het team combineerde de nieuwe metingen met modellen van hoe gigantische planeten als Jupiter en Saturnus in de loop van de tijd afkoelen, wat gebeurt met een voorspelbare snelheid die verband houdt met hun massa.

De resultaten toonden aan dat de planeet oorspronkelijk vanaf een veiligere, veel grotere afstand rond de ster draaide. Maar WD 1856 b warmde op terwijl hij naar binnen migreerde nadat de ster stierf.

De onderzoekers hebben twee concurrerende theorieën over hoe WD 1856 b in zijn huidige, krappe baan terechtkwam.

Het ‘verzwelgingsmodel’ suggereert dat de planeet feitelijk werd opgeslokt door de gastster toen deze in omvang opzwol voordat hij stierf, maar erin slaagde te overleven, zei O’Connor. Het ‘zwaartekrachtinteractiemodel’ stelt als alternatief voor dat WD 1856 b de doodsstrijd van de ster vermeed, maar dat de zwaartekrachtsinvloed van andere objecten in het systeem hem dichter bij de witte dwerg duwde, voegde hij eraan toe.

“In beide situaties is er reden om te denken dat de planeet van binnenuit zou opwarmen als bijproduct van het gewelddadige migratieproces,” zei O’Connor. “In het eerste scenario zouden we verwachten dat de migratie en opwarming gelijktijdig hebben plaatsgevonden met de dood van de gastster, of ongeveer zes miljard jaar geleden. In het tweede scenario kan dit miljarden jaren later gebeuren, als gevolg van de chaos van zwaartekrachtinteracties.”

De gegevens van het team lijken erop te wijzen dat de opwarming van de planeet ongeveer 1 miljard jaar geleden plaatsvond, wat de kans op verzwelging zou kunnen uitsluiten – net als het Webb-spectrum, dat aanwijzingen oppikte over de chemische samenstelling van de planeet.

“We zagen de veelbetekenende kenmerken van kleine wolkdeeltjes en koolwaterstoffen, hoogstwaarschijnlijk methaan, wat de eerste keer is dat we een atmosfeer op een planeet hebben gezien die door een dode ster beweegt”, zegt Boehm. “We hebben onlangs nog vier transits van WD 1856 b met Webb waargenomen om dieper in de atmosferische chemie te kijken en kunnen niet wachten om de resultaten te zien.”

De overvloed aan methaan voegt nog een bewijs toe dat de planeet tijdens de rode reuzenfase niet door verzwelging is gegaan, omdat dat de overvloed aan gas zou hebben verdund toen de planeet waterstof uit de ster opnam, zei hoofdauteur Dr. Ryan MacDonald, docent extrasolaire planeten aan de Universiteit van St. Andrews in Schotland.

Dr. Caroline Morley, universitair hoofddocent bij de afdeling astronomie aan de Universiteit van Texas in Austin, zei dat de discrepanties in de afgeleide temperatuurresultaten tussen de nieuwe studie, die suggereert dat de planeet behoorlijk warm is, en eerder onderzoek waar ze co-auteur van was, die de planeet als veel koeler identificeerde, geef haar even een pauze. Morley was niet betrokken bij de nieuwe studie.

“Er zijn redenen om sceptisch te zijn over het resultaat dat de planeet ‘opgewarmd’ werd tijdens de evolutie van de sterren,” schreef Morley in een e-mail. “Ik denk dat de voorlopige methaandetectie er plausibel uitziet, en dat de detectie van wolken en/of nevel solide is. Bij deze temperatuur is de beste eerste inschatting van welke ‘aërosolen’ aanwezig zijn waterwolken, die zich bij deze temperaturen vormen en behoorlijk dik worden.”

Hoewel de detectie van methaan in de atmosfeer niet verrassend was, was de hoeveelheid gas hoger dan zou kunnen worden voorspeld, zei dr.
Ian Crossfield, universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Kansas. Crossfield was niet betrokken bij het nieuwe onderzoek, maar maakte deel uit van het team dat in 2020 WD 1856 b ontdekte.

“De conclusies over de migratie van de planeet naar haar huidige baan zijn provocerend, hoewel er waarschijnlijk meer onderzoek nodig is voordat er definitieve conclusies kunnen worden getrokken”, schreef Crossfield in een e-mail. “Het artikel laat zien hoe de meest onthullende planetaire waarnemingen van JWST nog steeds die van gasreuzen zijn – analogen van onze eigen Jupiter of Saturnus – zelfs als de ster waar ze omheen draaien al lang geleden is gestorven.”

Het WD 1856-systeem fungeert als een voorproefje van wat er in ons eigen zonnestelsel zou kunnen gebeuren.

Net als de gastster van WD 1856 b zal onze zon over ongeveer 5 miljard jaar uitgroeien tot een rode reus, die de dichtstbijzijnde planeten zoals Mercurius en Venus zal verzwelgen. De baan van de aarde plaatst haar precies aan de rand van deze toekomstige ‘gevarenzone’, zei O’Connor, dus het lot van onze planeet blijft onduidelijk.

Maar in plaats van snel tot een conclusie te komen, kunnen de gigantische planeten in ons zonnestelsel miljarden jaren blijven bestaan ​​en blijven evolueren. Het WD 1856-systeem zal naar verwachting biljoenen jaren in zijn huidige staat blijven, merkte O’Connor op.

“Onze resultaten laten zien dat de dood van sterren niet het einde is; sommige planeten ervaren een levendige en levendige toekomst na de dood van hun ster,” zei MacDonald.

Terwijl de zon ongeveer een miljard jaar nadat het stadium van de rode reuzen is geëindigd, overgaat in een witte dwerg, zullen de overige planeten in ons zonnestelsel in een baan om de dode ster blijven draaien.

“We verwachten dat de overlevenden geleidelijk van de zon zullen wegdrijven totdat ze ongeveer het dubbele van hun huidige baanafstanden bereiken”, schreef O’Connor. “Misschien moeten we er echter over nadenken of hun banen dramatischer zouden kunnen veranderen, waardoor een van hen zo dicht bij de witte zonnedwerg zou kunnen migreren als WD 1856 b nu is.”

Meld u aan voor CNN’s Wonder Theory wetenschappelijke nieuwsbrief. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke ontwikkelingen en meer.