Er is een soort exoplaneet die astronomen soms suikerspinplaneten of superpufjes noemen. Ze zijn mysterieus, omdat hun massa niet overeenkomt met hun extreem grote radii. De twee kenmerken impliceren een planeet met een extreem lage dichtheid.
In ons zonnestelsel is er niets zoals ze, en het vinden van ze in verre zonnestelsels was een raadsel. Nu hebben een paar astronomen het misschien uitgezocht.
De astronomen zijn Anthony Piro van Carnegie University en Shreyas Vissapragada, bij Caltech. Hun artikel is getiteld: "Onderzoeken of Super-puffs verklaard kunnen worden als geringde exoplaneten." Het is gepubliceerd in The Astronomical Journal.
"We begonnen te denken, wat als deze planeten helemaal niet zo luchtig zijn als suikerspin", zei Piro in een persbericht. 'Wat als de superpufjes zo groot lijken omdat ze eigenlijk omringd zijn door ringen?'
Planeetjagers hebben meer dan 4.000 bevestigde exoplaneten gevonden. Met zorgvuldige observatie kunnen astronomen exoplanetenkenmerken beperken, zoals dichtheid, massa, grootte, en zelfs als ze zich in de bewoonbare zone van hun ster bevinden. Maar er is geen echte manier om te bepalen of deze verre objecten ringen hebben.
Het zou verrassend zijn als dat niet het geval was. Alle gasreuzen en ijsreuzen in ons zonnestelsel hebben ringen, hoewel alleen Saturnus gemakkelijk te onderscheiden is.
Het grootste deel van de exoplaneten wordt ontdekt met de transportmethode. Dat houdt in dat we een planeet zorgvuldig moeten observeren terwijl deze tussen zijn gastster en ons passeert. Op basis van de kleine dip in sterrenlicht die de transitie van de planeet veroorzaakt, kunnen astronomen een planeet detecteren. Het is ook hoe ze de andere kenmerken van een planeet bepalen, samen met kijken hoe de ster wiebelt als reactie op de beweging van de planeet.
Maar de transitmethode kan astronomen niet vertellen of een planeet ringen heeft. In een gedachte-experiment vroegen de astronomen zich af hoe planeten zoals Saturnus eruit zouden zien voor een verre waarnemer.
'We begonnen ons af te vragen of je Saturnus zou herkennen als een geringde planeet, of dat het een gezwollen planeet zou zijn voor een buitenaards astronoom als je terugkijkt naar een verre wereld?' Vroeg Vissapragada.
In hun paper zeggen de onderzoekers: "Een nuttig voorbeeld om te overwegen is dat van Saturnus: gemiddeld over het seizoen, als een externe waarnemer de grootte van Saturnus tijdens het transport zou meten zonder rekening te houden met ringen, zouden ze de werkelijke dichtheid ervan met ongeveer een factor twee onderschatten."
Ze bouwden voort op dat gedachte-experiment met een echt experiment, of simulatie. De onderzoekers simuleerden een geringde planeet die voor de zon passeerde, en hoe dat eruit zou zien voor een verre astronoom met de krachtige observatie-instrumenten. Ze bestudeerden ook de materiaalsoorten in de ringen die de waarnemingen zouden beïnvloeden.
De resultaten waren gemengd. Volgens hun werk kunnen ringen sommige bladerplaneten verklaren, maar niet allemaal. In hun paper zeggen ze: 'We vinden dat deze uitleg werkt voor sommige van de superpufjes, maar voor andere heeft het moeilijkheden.' Een deel van de verklaring voor deze resultaten omvat de karakterloze spectra van bladerplaneten.
In hun paper zeggen de auteurs: 'Hier bekijken we of ze <puff planets> grote afgeleide radii zouden kunnen hebben omdat ze in feite geringd zijn. Dit zou natuurlijk verklaren waarom super-poefs tot nu toe alleen maar vlekkeloze transit-spectra hebben getoond. Normaal gesproken heeft een exoplaneet een spectra, maar met ringen is er geen.
De auteurs vervolgen: “We vinden dat deze hypothese in sommige gevallen kan werken, maar niet in alle gevallen. Omdat de superwolken zo dicht bij hun oudersterren liggen, zijn ringen nodig met een rotsachtige in plaats van een ijzige compositie. ” Dat legt op zijn beurt een limiet op de radii van de ringen zelf.
En de limiet op de radii betekent dat ringen sommige bladerplaneten kunnen verklaren, maar niet allemaal. Volgens het artikel maakt dat 'het een uitdaging om de grote afmetingen van Kepler 51b, 51c, 51d en 79d uit te leggen, tenzij de ringen uit poreus materiaal bestaan'. De drie Kepler 51-planeten zijn allemaal bladerplaneten en zij zijn de drie met de laagst bekende dichtheden. Hoewel ze allemaal planeten van Jupiter-formaat zijn, is hun massa slechts een paar keer groter dan die van de aarde.
In een persbericht legde co-auteur Piro het als volgt uit: “Deze planeten hebben de neiging om dicht bij hun gaststerren te cirkelen, wat betekent dat de ringen rotsachtig moeten zijn in plaats van ijskoud. Maar rotsachtige ringradii kunnen alleen zo groot zijn, tenzij de steen erg poreus is, dus niet elke superpuf zou aan deze beperkingen voldoen. '
Het materiaal waaruit een rotsachtige ring bestaat, kan alleen zo dicht zijn en kan alleen ringen van een bepaalde grootte vormen. Als het te dicht is en te ver van de planeet verwijderd, zal het in plaats daarvan in satellieten worden gecombineerd.
Het paar onderzoekers zegt dat ten minste drie waargenomen puff-planeten waarschijnlijk kunnen worden verklaard door ringen: Kepler 87c en 177c en HIP 41378f. Kepler 87c is zo groot als Neptunus, maar is slechts ongeveer 6,4 keer zo groot als de aarde. De andere twee op hun lijst hebben een vergelijkbare discrepantie tussen grootte en massa.
Helaas hebben we, net als veel andere problemen in de astronomie, niet de waarnemende macht om erachter te komen of dit onderzoek juist is. Grondobservaties komen in de buurt van heldere doelen, maar de gaststerren van bekende bladerplaneten zijn te zwak. (De enige uitzondering is HIP 41278 f, die werd aangekondigd als een nieuwe bladerplaneet toen het paar auteurs dit artikel voltooide.) Evenals andere problemen in de astronomie, moeten we wachten tot de James Webb-ruimtetelescoop enig licht werpt op het probleem. Geen enkele huidige waarnemingsfaciliteit kan ringen rond exoplaneten detecteren.
Als wordt bevestigd dat een van deze exoplaneten ringen heeft, zal dit een belangrijke ontwikkeling zijn. Ik zal astronomen een veel beter begrip geven van hoe de planetaire systemen zijn gevormd en hoe ze zijn geëvolueerd.
Meer:
- Persbericht: Wat als mysterieuze suikerspinplaneten eigenlijk sportringen zijn?
- Onderzoekspaper: onderzoeken of Super-puffs kunnen worden verklaard als geringde exoplaneten
- Space Magazine: Is de 'buitenaardse megastructuur' rond Tabby's ster eigenlijk een geringde gasreus?
