De ontdekking van extra-zonneplaneten is de afgelopen jaren zeker verhit. Met de inzet van de Kepler missie in 2009 zijn enkele duizenden exoplaneet kandidaten ontdekt en meer dan 2500 bevestigd. In veel gevallen zijn deze planeten gasreuzen geweest die dicht bij hun respectievelijke sterren cirkelden (ook bekend als "Hot Jupiters"), wat een aantal algemeen gangbare opvattingen over hoe en waar planeten ontstaan, heeft verward.
Naast deze enorme planeten, ontdekten astronomen ook een breed scala aan planeten, variërend van enorme terrestrische planeten ('Super-Earths') tot reuzen van Neptunusformaat. In een recent onderzoek ontdekten een internationaal team van astronomen drie nieuwe exoplaneten in een baan om drie verschillende sterren. Deze planeten zijn een interessante reeks vondsten, bestaande uit twee 'Hot Saturns' en één Super-Neptune.
Deze studie, getiteld "The discovery of WASP-151b, WASP-153b, WASP-156b: Insights on giant planet migration and the upper boundary of the Neptunian desert", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomie en astrofysicas. Geleid door Olivier. D. S. Demangeon, een onderzoeker van het Institute of Astrophysics and Space Science in Portugal, het team gebruikte gegevens van de SuperWASP exoplanet-jacht-enquête om tekenen van drie nieuwe gasreuzen te detecteren.
De Super Wide Angle Search for Planets (SuperWASP) is een internationaal consortium dat gebruik maakt van groothoek Transit Fotometrie om de nachtelijke hemel te monitoren voor transitgebeurtenissen. Het programma is gebaseerd op robotobservatoria op twee continenten: SuperWASP-North, gelegen aan de Roque de los Muchachos Observatory op het Canarische eiland; en SuperWASP South, bij de South African Astronomical Observatory, nabij Sutherland, Zuid-Afrika.
Uit de SuperWASP-onderzoeksgegevens konden Dr. Demangeon en haar collega's drie doorgangssignalen detecteren die afkomstig waren van drie verre sterren - WASP-151, WASP-153 en WASP-156. Dit werd gevolgd door spectroscopische waarnemingen uitgevoerd met behulp van de Haute-Provence Observatory in Frankrijk en de La Silla Observatory in Chili, waardoor het team de aard van deze planeten kon bevestigen.
Hieruit stelden ze vast dat WASP-151b en WASP-153b twee 'hete Saturnus' zijn, wat betekent dat het gasreuzen met een lage dichtheid zijn met nauwe banen. Ze draaien om hun respectievelijke zonnen, die beide vroege G-type sterren zijn (ook bekend als gele dwergen, zoals onze zon), met een omlooptijd van 4,53 en 3,33 dagen. WASP-156b is ondertussen een Super-Neptunus die om een K-type (oranje dwerg) ster draait. Zoals ze in hun studie aangeven:
'WASP-151b en WASP-153b lijken relatief veel op elkaar. Hun massa's van 0,31 en 0,39 M Jup en semi-grote assen van respectievelijk 0,056 AU en 0,048 AU geven twee Saturn-grootte objecten aan rond vroege G-type sterren met een V-magnitude ~ 12,8. WASP-156b's straal van 0,51R Jup suggereert een Super-Neptunus en maakt het de kleinste planeet die ooit door WASP is gedetecteerd. De massa van 0,128 M Jup is ook de 3e lichtste die door WASP wordt gedetecteerd na WASP-139b en WASP-107b. Ook interessant is het feit dat WASP-156 een heldere (magV = 11,6) K-type ster is. ”
Samen vormen deze planeten een aantal grote kansen voor exoplaneetonderzoek. Zoals ze aangeven, "liggen deze drie planeten ook dichtbij (WASP-151b en WASP-153b) of onder (WASP-156b) de bovengrens van de Neptuniaanse woestijn." Dit verwijst naar de grens die astronomen hebben waargenomen rond sterren waar het onwaarschijnlijk is dat planeten van planeten ter grootte van een Neptunus worden gevonden.
Kortom, van alle tot nu toe te ontdekken exoplaneten met een korte periode (minder dan 10 dagen), heeft het merendeel de neiging om in de categorie "Super-Earth" of "Super-Jupiter" te vallen. Dit tekort aan Neptunus-achtige planeten wordt toegeschreven aan verschillende mechanismen als het gaat om de vorming en evolutie van hete Jupiters en kortdurende superaarde, en is het gevolg van uitputting van de gasomhulling veroorzaakt door de ultraviolette straling van een ster .
Tot dusver zijn er slechts negen 'Super-Neptunes' ontdekt; dus deze laatste ontdekking (waarvan de kenmerken bekend zijn) zou voldoende mogelijkheden moeten bieden voor onderzoek. Of zoals Dr. Demangeon en haar collega's in de studie uitleggen:
“WASP-156b, als een van de weinige goed gekarakteriseerde Super-Neptunes, zal de vorming van planeten van Neptunus-grootte en de overgang tussen gas- en ijsreuzen helpen beperken. De schattingen van de leeftijd van deze drie sterren bevestigen de neiging van sommige sterren om gyrochronologische leeftijden te hebben die aanzienlijk lager zijn dan hun isochronale leeftijden. ”
Het team bood ook enkele mogelijke verklaringen voor het bestaan van een "Neptuniaanse woestijn" op basis van hun bevindingen. Om te beginnen stelden ze voor dat een migratie met een hoge excentriciteit verantwoordelijk zou kunnen zijn, waarbij ijsreuzen van Neptunusformaat zich in de buitenste regionen van een zonnestelsel vormen en in de loop van de tijd naar binnen migreren. Ze geven ook aan dat hun ontdekking overtuigend bewijs biedt dat ultraviolette straling en uitputting van de gasomhulling een belangrijk onderdeel van de puzzel zouden kunnen zijn.
Maar natuurlijk geven Dr. Demangeon en haar collega's aan dat verder onderzoek nodig zal zijn om hun hypothese te bevestigen, en dat verdere studies nodig zijn om de grenzen van de zogenaamde "Neptuniaanse woestijn" goed te beperken. Ze geven ook aan dat toekomstige missies zoals NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite en ESA's PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) -missie van cruciaal belang zullen zijn voor deze inspanningen.
"Het is duidelijk dat een grondiger analyse nodig is om alle mogelijke implicaties achter deze hypothese te onderzoeken", concluderen ze. “Een dergelijke analyse valt buiten het bestek van dit document, maar we denken dat deze hypothese het onderzoeken waard is. In deze context zou een zoektocht naar metgezellen voor een lange periode die mogelijk de migratie van hoge excentriciteit of een onafhankelijke leeftijdsschatting via asterosiesmologie met TESS of Plato hebben veroorzaakt, bijzonder interessant zijn. ”
Het enorme aantal ontdekkingen van exoplaneten dat de afgelopen decennia is gedaan, heeft het astronomen mogelijk gemaakt om algemeen aanvaarde theorieën over hoe planetaire systemen ontstaan en evolueren te testen en te herzien. Deze zelfde ontdekkingen hebben ons ook geholpen om beter te begrijpen hoe ons eigen zonnestelsel is ontstaan. Uiteindelijk kunnen we een divers scala aan planetaire systemen bestuderen, die verschillende stadia in hun geschiedenis zijn, waardoor we een soort tijdlijn voor kosmische evolutie kunnen creëren.
