MIT-wetenschappers ontdekken een uiteenvallende planeet met een komeetachtige staart

Astronomen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een planeet ontdekt op ongeveer 140 lichtjaar van de aarde die in versneld tempo uiteenvalt.

Deze afbrokkelende wereld heeft ongeveer dezelfde massa als Mercurius, maar draait toch ongeveer 20 keer dichter om zijn ster dan Mercurius om de zon. Hij voltooit zijn omloop in 30,5 uur. Doordat de planeet zo dicht bij zijn ster staat, is het waarschijnlijk dat er magma in de ruimte terechtkomt.

Terwijl de planeet om zijn ster draait, verliest hij enorme hoeveelheden mineralen van zijn oppervlak en verdampt, aldus de auteurs van het onderzoek. De resultaten zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Bovendien vermoeden onderzoekers dat de zwaartekracht van deze planeet erg zwak is. Er is dus niet genoeg zwaartekracht om alle onderdelen bij elkaar te houden. Astronomen menen dat al deze factoren samen de hoge mate van desintegratie verklaren.

Het team ontdekte de planeet dankzij NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), een missie onder leiding van MIT die nabijgelegen sterren in de gaten houdt op transits : periodieke dips in het sterrenlicht die kunnen wijzen op de aanwezigheid van exoplaneten in een baan om de aarde.

"De lengte van de staart is enorm: hij reikt tot 9 miljoen kilometer, ofwel ongeveer de helft van de lengte van de baan van de planeet", legt Marc Hon uit, een postdoctoraal onderzoeker aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT.

Het lijkt erop dat de planeet in een spectaculair tempo uiteenvalt, waarbij hij bij elke omwenteling rond zijn ster een hoeveelheid materiaal verliest die gelijkstaat aan de omvang van Mount Everest. Onderzoekers voorspellen dat de planeet, gezien zijn geringe massa en in dit tempo, binnen 1 tot 2 miljoen jaar volledig uiteen kan vallen.

"We hadden geluk dat we het konden 'vangen' toen het daadwerkelijk aan het verdwijnen was", zegt Avi Shporer, een medewerker van de ontdekking die ook werkt op het wetenschapskantoor van TESS. “Het is alsof het zijn laatste adem uitblaast.”

De nieuwe planeet, die wetenschappers BD+05 4868 Ab hebben genoemd, werd vrijwel bij toeval ontdekt. "We waren niet op zoek naar dit soort planeet", zegt Hon. “We deden typisch planeetonderzoek en ik ontdekte toevallig dit signaal dat heel ongebruikelijk leek.”

Het typische signaal van een ronddraaiende exoplaneet verschijnt als een korte, regelmatig herhaalde dip in de lichtcurve. Dit geeft aan dat een compact lichaam, zoals een planeet, kort voor de moederster langs beweegt en tijdelijk het licht ervan blokkeert.

Dit typische patroon is niet het patroon dat Hon en zijn collega's ontdekten in de moederster BD+05 4868 A, in het sterrenbeeld Pegasus. Hoewel er elke 30,5 uur een transit plaatsvond, duurde het veel langer voordat de helderheid weer normaal was. Dit suggereert dat er een lange, achterblijvende structuur is die het licht van de ster nog steeds blokkeert. Nog interessanter was dat de diepte van de kanteling bij elke omwenteling veranderde. Dat suggereert dat wat er voor de ster langs beweegt, niet altijd dezelfde vorm heeft of dezelfde hoeveelheid licht blokkeert.

“De vorm van de transit is typisch voor een komeet met een lange staart”, legt Hon uit. "Behalve dat deze staart waarschijnlijk geen vluchtige gassen en ijs bevat, zoals je van een echte komeet mag verwachten." "Maar mineraalkorrels die van het oppervlak van de planeet zijn verdampt, kunnen lang genoeg blijven om zo'n karakteristieke staart te vertonen ", voegt hij toe.

Gezien de nabijheid van zijn ster, schat het team dat de planeet op een temperatuur van ongeveer 1.600 graden Celsius of bijna 3.000 graden Fahrenheit braadt. Wanneer de ster de planeet verschroeit, verdampen de mineralen op het oppervlak waarschijnlijk en ontsnappen naar de ruimte, waar ze afkoelen en een lange, stoffige staart vormen.

De dramatische verdwijning van deze planeet is een gevolg van zijn kleine massa, die tussen die van Mercurius en die van de Maan ligt. De zwaardere aardachtige planeten, zoals de Aarde, hebben een sterkere zwaartekracht en kunnen daarom hun atmosfeer behouden.

In het geval van BD+05 4868 Ab vermoeden onderzoekers dat er te weinig zwaartekracht is om de planeet bij elkaar te houden.

"Het is een heel klein object met een heel zwakke zwaartekracht, dus het verliest gemakkelijk veel massa, wat de zwaartekracht verder verzwakt, waardoor het nog meer massa verliest", legt Shporer uit. “Het is een proces dat uit de hand loopt, en het wordt steeds erger voor de planeet.”

Van de bijna 6.000 planeten die astronomen tot nu toe hebben ontdekt, kennen wetenschappers slechts drie andere uiteenvallende planeten buiten ons zonnestelsel. Elk van deze verwoeste werelden werd meer dan 10 jaar geleden ontdekt met behulp van gegevens van de Kepler-ruimtetelescoop van NASA. Alle drie de planeten hadden staarten die leken op die van kometen. BD+05 4868 Ab heeft de langste staart en de diepste transits van de vier uiteenvallende planeten die tot nu toe bekend zijn.

"Dat betekent dat de verdamping hier het meest catastrofaal is en dat het veel sneller zal verdwijnen dan bij de andere planeten", merkt Hon op.

De moederster van de planeet staat relatief dichtbij en is daarom helderder dan de moedersterren van de andere drie uiteenvallende planeten. Dit maakt dit systeem ideaal voor verdere observaties met de James Webb Space Telescope (JWST) van NASA. Daarmee kan de minerale samenstelling van de stofstaart worden bepaald door te identificeren welke kleuren infraroodlicht de ster absorbeert.

Deze zomer zal doctoraalstudent Nicholas Tusay van de Pennsylvania State University observaties leiden van BD+05 4868 Ab met JWST. "Dit is een unieke kans om de interne samenstelling van een rotsachtige planeet direct te meten, wat ons veel kan vertellen over de diversiteit en potentiële bewoonbaarheid van aardse planeten buiten ons zonnestelsel", aldus Hon.

Onderzoekers zullen de TESS-gegevens ook doorzoeken op tekenen van andere uiteenvallende werelden.

"Soms gaat eten gepaard met honger, en nu proberen we precies dit soort planeten te vinden", zegt Shporer. "Het zijn vreemde objecten, en de vorm van het signaal verandert in de loop van de tijd, iets wat we moeilijk kunnen detecteren. Maar we werken er actief aan."

Dit werk is deels gefinancierd door NASA.