De atmosferen van de gezwollen planeten worden weggestript dankzij de straling van hun sterren
Sterrenlicht kan de atmosferen van sommige mini-neptunus-exoplaneten (een geïllustreerde) uithollen, en ze geleidelijk veranderen in superaarde, rotsachtige werelden die iets groter zijn dan de onze.
Mini-Neptunus en superaarde hebben misschien veel meer gemeen dan alleen maar superlatieven te zijn.
Vier gasvormige exoplaneten, elk een beetje kleiner dan Neptunus, lijken te evolueren naar superaarde, rotsachtige werelden tot 1,5 keer de breedte van onze thuisplaneet. Dat komt omdat de intense straling van hun sterren verschijnt om de dikke atmosfeer van de planeten weg te duwen, rapporteren onderzoekers in een paper dat op 26 juli is ingediend op arXiv.org. Als het huidige tempo van atmosferisch verlies aanhoudt, voorspelt het team, zullen die gezwollen atmosferen uiteindelijk verdwijnen en kleinere planeten van kale rots achterlaten.
Door te bestuderen hoe deze werelden evolueren en hun atmosfeer verliezen, kunnen wetenschappers begrijpen hoe andere exoplaneten hun atmosfeer verliezen. En dat, zegt astronoom Heather Knutson van Caltech, kan informatie verschaffen over welke soorten planeten een bewoonbare omgeving kunnen hebben. “Want als je geen atmosfeer kunt houden,” zegt ze, “je kunt niet bewoonbaar zijn.”
De nieuwe studie van Knutson en haar collega’s versterkt een eerder vermoeden. Eerder dit jaar meldden dezelfde onderzoekers dat: helium leek te ontsnappen de sfeer van een van deze mini-Neptunes. Maar het team wist niet zeker of hun ontdekking eenmalig was. “Misschien hebben we gewoon heel veel geluk gehad met deze ene planeet, maar elke andere planeet is anders”, zegt exoplaneetonderzoeker Michael Zhang, ook van Caltech.
Dus het team keek naar nog drie mini-Neptunusjes die rond andere sterren cirkelen en vergeleek die werelden met de eerste planeet die ze hadden waargenomen. Elk van deze planeten blokkeert af en toe een deel van het licht van zijn ster (SN: 21-07-21). Zhang, Knutson en collega’s hielden bij hoe lang elke planeet het licht van zijn sterren blokkeerde en hoeveel van dat sterlicht werd geabsorbeerd door helium dat de planeten omhulde. Samen laten deze waarnemingen het team de afmetingen en vormen van de atmosfeer van de planeten meten.
“Als een planeet zijn atmosfeer verliest, krijg je een grote, soort komeetachtige gasstaart die uit de planeet komt”, zegt Knutson. Als het gas in plaats daarvan nog steeds aan de planeet is gebonden – zoals het geval is voor Neptunus in ons zonnestelsel – zouden de astronomen een cirkel hebben gezien. “We begrijpen niet alle vormen die we in de uitstroom zien,” zegt ze, “maar we zien dat ze niet bolvormig zijn.”
Met andere woorden, elke planeet verliest gestaag zijn helium. “Ik had nooit gedacht dat we bij elke planeet waar we naar keken zo’n duidelijke detectie zouden zien”, zegt Knutson.
De astronomen berekenden ook hoeveel massa die exoplaneten verloren (SN: 6/19/17). “Dit massaverlies is hoog genoeg om de atmosferen van ten minste de meeste van deze planeten te strippen, zodat sommige ervan in ieder geval superaarde zullen worden”, zegt Zhang.
Deze snelheden zijn echter slechts momentopnames, zegt Ian Crossfield, een exoplaneetonderzoeker aan de Universiteit van Kansas in Lawrence die niet betrokken was bij dit werk. Voor elke planeet “weet je niet precies hoe die gedurende de hele geschiedenis en in de toekomst atmosfeer heeft verloren”, zegt hij. “Alles wat we weten is wat we vandaag zien.” Zelfs met zulke open vragen, voegt hij eraan toe, lijkt het idee dat mini-Neptunes in superaarde veranderen ‘plausibel’.
Theorieën en computersimulaties over hoe planeten zich vormen en hun atmosfeer verliezen, kunnen helpen om enkele lege plekken op individuele planeten op te vullen, zegt Crossfield.
Metingen van meer mini-Neptunes zullen ook helpen. Zhang is van plan om nog een handvol te observeren. Bovendien: “we hebben al naar nog een doelwit gekeken, en dat doelwit heeft ook een behoorlijk sterk ontsnappend helium [signal],” hij zegt. “Nu hebben we vijf voor vijf.”
