Nieuwe inzichten in seizoenen op een planeet buiten ons zonnestelsel | redactiekamer

XO-3b, een hete Jupiter in een excentrieke baan. Krediet: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Stel je voor dat je op een plek bent waar de wind zo sterk is dat hij met de snelheid van het geluid beweegt. Dit is slechts één aspect van de XO-3b-atmosfeer, één aspect van een klas buitenste planeten (Planeten buiten ons zonnestelsel), bekend als hete Jupiters. De excentrische baan van de planeet resulteert ook in seizoensvariaties die honderden keren sterker zijn dan wat we op aarde zien. In een recent artikel geeft een onderzoeksteam onder leiding van McGill nieuw inzicht in hoe de seizoenen eruitzien op een planeet buiten ons zonnestelsel. De onderzoekers suggereren ook dat de elliptische baan, zeer hoge oppervlaktetemperaturen (2000 ° C – heet genoeg om rotsen te verdampen), en de “uitstulping” van XO-3b sporen van de geschiedenis van de planeet onthullen. De bevindingen zullen waarschijnlijk het wetenschappelijke begrip vergroten van hoe exoplaneten zich vormen en evolueren en enige context geven aan de planeten in ons zonnestelsel.

—————

Hete Jupiters zijn enorme gasvormige werelden zoals Jupiter, die meer om hun moedersterren draaien dan Mercurius om de zon doet. Hoewel het niet in ons zonnestelsel voorkomt, lijkt het overal in de melkweg algemeen voor te komen. Ondanks dat het het meest bestudeerde type exoplaneet is, blijven er grote vragen over hoe het is ontstaan. Zouden er subcategorieën van hete Jupiters kunnen zijn met verschillende vormingsverhalen? Vormen deze planeten zich bijvoorbeeld ver van hun moedersterren – op een afstand waar het koud genoeg is om deeltjes zoals water vast te laten worden – of dichterbij. Het eerste scenario past het beste bij theorieën over hoe planeten in ons zonnestelsel worden geboren, maar wat dit soort planeten ertoe zou kunnen brengen om in de buurt van hun moedersterren te migreren, blijft onduidelijk.

Om deze ideeën te testen, gebruikten de auteurs van een recent onderzoek onder leiding van McGill gegevens van NASA gepensioneerd De Spitzer Space Telescope om naar de atmosfeer van exoplaneet XO-3b te kijken. Ze observeerden excentrische seizoenen en maten de windsnelheden van de planeet door de fasecurve van de planeet te bepalen terwijl deze een volledige omwenteling rond zijn moederster voltooide.

Overweeg atmosferische dynamiek en interne evolutie

“Deze planeet is een zeer interessante case study van atmosferische dynamiek en interne evolutie, omdat hij in een intermediair systeem van planetaire massa ligt waar normaal verwaarloosde processen zouden kunnen spelen voor minder dichte Jupiters.” Lisa Dang, eerste auteur van een onderzoekspaper onlangs gepubliceerd in Astronomisch TijdschriftPromovendus bij de afdeling Natuurkunde aan de McGill University. “XO-3b heeft een elliptische in plaats van een cirkelvormige baan van bijna alle bekende hete Jupiters. Dit geeft aan dat hij recentelijk naar zijn moederster is gemigreerd; als dat zo is, zal hij uiteindelijk in een meer cirkelvormige baan terechtkomen.”

De excentrische baan van de planeet resulteert ook in seizoensvariaties die honderden keren sterker zijn dan wat we op aarde zien. “De hele planeet ontvangt drie keer meer energie wanneer ze zich in een korte zomerperiode dicht bij haar ster bevindt, in vergelijking met wanneer ze ver van de ster verwijderd is”, legt Nicholas Cowan, professor aan McGill, uit.

De onderzoekers herschatten ook de massa en straal van de planeet en ontdekten dat de planeet plotseling meer opgeblazen was dan verwacht. Ze suggereren dat een mogelijke bron van deze verwarming kernfusieresiduen zou kunnen zijn.

Overmatige warmte en een opgeblazen gevoel door getijdenverwarming?

Waarnemingen door Gaia, een van de missies van de European Space Agency (ESA), vonden dat de planeet meer opgeblazen was dan verwacht, wat suggereert dat het interieur bijzonder energiek kan zijn. De waarnemingen van Spitzer geven ook aan dat de planeet een groot deel van zijn eigen warmte produceert, omdat de overtollige warmte-emissies van XO-3b niet seizoensgebonden zijn – het hele jaar door waargenomen op XO-3b. De extra warmte komt waarschijnlijk uit het binnenste van de planeet, via een proces dat getijdenverwarming wordt genoemd. De zwaartekracht van de ster op de planeet oscilleert naarmate de langgerekte baan de planeet verder en dan dichter bij de ster brengt. De resulterende veranderingen in interne druk produceren warmte.

Voor Dang biedt deze ongebruikelijk hete Jupiter de mogelijkheid om ideeën te testen over vormingsprocessen die bepaalde eigenschappen in deze exoplaneten zouden kunnen produceren. Zou de opwarming van het getij op andere hete Jupiters bijvoorbeeld ook een teken kunnen zijn van recente migratie? XO-3b alleen zal het mysterie niet onthullen, maar het dient als een belangrijke test voor opkomende ideeën over deze laaiende reuzen.

Over McGill University

McGill University, opgericht in Montreal, Quebec, in 1821, is de beste MD-universiteit in Canada. McGill is consequent gerangschikt als een van de topuniversiteiten, zowel nationaal als internationaal. Het is een wereldberoemde instelling voor hoger onderwijs met onderzoeksactiviteiten op drie campussen, 11 hogescholen, 13 beroepsscholen, 300 studieprogramma’s en meer dan 40.000 studenten, waaronder meer dan 10.200 afgestudeerde studenten. McGill trekt studenten aan uit meer dan 150 landen over de hele wereld, en de 12.800 internationale studenten vormen 31% van de studentenpopulatie. Meer dan de helft van de studenten van McGill beweert dat hun eerste taal geen Engels is, waaronder ongeveer 19% van onze studenten die zeggen dat Frans hun eerste taal is.