De kosmos is rommelig. Soms overtreedt het de regels.
Twee nieuwe planeten, TOI-791 b en c, hebben zojuist de verwachtingen over hoe een gigantische wereld eruit kan zien verbrijzeld. Het zijn super-trekjes. Niet alleen donzig, maar onmogelijk licht. Minder compact dan de suikerspin die je op een staatsbeurs zou kopen.
Een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Oxford zag ze. De bevindingen komen terecht in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Dit is niet zomaar een exoplaneet. Het is een puzzelstukje dat niet lijkt te passen in het beeld dat we hebben opgebouwd.
De dichtheden zijn absurd
Hier is de basislijn: Jupiter. Het is de koning van de gasreuzen. Gemiddelde dichtheid? 1,33 gram per kubieke cm. Stevig. Gecomprimeerd. Zwaar.
TOI-791b? 0,038 g/cm³.
TOI-791 c? 0,047 g/cm³.
Aarde? 5,5 g/cm³. Een rots.
Suikerspin? Ongeveer 0,05 g/cm³.
Deze planeten zijn lichter dan suiker die tot wolken wordt gesponnen. Ze zijn zo groot als Jupiter, maar bevatten een fractie van het materiaal. Als Jupiter een bowlingbal was, zouden deze twee strandballen zijn gevuld met helium. Hoe is dit gebeurd? De natuurkunde suggereert dat materie klontert. De zwaartekracht trekt. Maar hier houdt de klomp nauwelijks stand.
De ster waar ze omheen draaien? Een dwerg van het F7-type. 1110 lichtjaar verwijderd. In Volans, een zuidelijk sterrenbeeld dat je waarschijnlijk niet vanuit je achtertuin zult zien.
Een zeldzame tweelingdans
De meeste systemen met één planeet zijn saai. Of dat dachten we toch.
TOI-791 heeft er twee. Beide zijn super-trekjes.
Slechts vier andere bekende systemen hebben er meer dan één. Deze zeldzaamheid maakt TOI-791 tot een goudmijn. Het is een natuurlijk laboratorium. De planeten zijn ontstaan uit dezelfde stofschijf. Het zijn broers en zussen. Maar ze zijn niet zomaar uit elkaar gegroeid. Ze zijn opgesloten in een 5:3 gemiddelde bewegingsresonantie.
Laat dat bezinken.
Voor elke vijf banen die de binnenplaneet voltooit, doet de buitenste bijna precies drie. Hun zwaartekracht trekt aan elkaar. Het is een zwaartekrachthanddruk, die miljoenen jaren wordt herhaald. Deze aantrekkingskracht verandert de timing van hun transits. Ze kruisen het gezicht van de ster niet op de maat, maar vals. Iets vroeg. Een beetje laat.
Die schommeling vertelde de astronomen hoeveel deze planeten wegen. Ook al zien ze er enorm uit, ze zijn er nauwelijks.
Burgerwetenschappers en Antarctische kou
Wie heeft ze gevonden?
Vrijwilligers.
Via Planet Hunters TESS. Dit zijn geen promovendi die naar code staren. Het zijn gewone mensen die gegevens scannen van NASA’s Transiting Exoplanet Satellite Survey (TESS). Ze hebben de dalen gezien. De schaduwen. In 2019 en opnieuw in 2023.
Toen kwamen de professionals tussenbeide. Telescopen over de hele wereld. Data-crunchen. Massaberekening. Bevestiging van dichtheid.
Maar de sleutel? Het ijs.
De ASTEP-telescoop. Gelegen op Concordia Station op Antarctica.
Waarom Antarctica? Omdat in de winter de zon niet opkomt. Al weken niet. Of maanden. Aanhoudende duisternis. Geen daglicht dat het uitzicht verpest. Dat heb je nodig. Om een transit te halen die 11 uur achter elkaar duurt. Je hebt een ongebroken oog op de lucht nodig.
Dit waren de langste ononderbroken transits over de grond ooit geregistreerd. Het duurde meer dan een halve dag voordat de planeten voor hun ster langs trokken. En dankzij de Antarctische winter knipperden de astronomen niet met hun ogen.
Waarom zijn ze zo gezwollen?
We weten het nog niet.
Dat is het eerlijke antwoord. Wetenschappers gissen.
Hypothese één: enorme atmosferen. Enveloppen van waterstof en helium die zo dik zijn dat ze de planeet uitblazen. De kern kan klein zijn. Het gas neemt ruimte in beslag. Het breidt zich uit totdat… iets het tegenhoudt? Zwaartekracht? Thermische druk?
Hypothese twee: ze ontstonden ver weg. Koud. Ver weg van de hitte van de ster. Gas koelde snel af. Geaccumuleerd rond een kern. Creëerde een lichtgewicht buitenschaal. Dan misschien naar binnen gemigreerd? Of zijn ze misschien blijven zitten?
“Er zijn slechts een handvol van deze supergezwollen planeten bekend, en het is zelfs zeldzaam om er twee in hetzelfde systeem te vinden.”
– Dr. George Dransfield, Universiteit van Oxford
De lage dichtheid is het mysterie. Als ze voor het grootste deel uit gas bestaan, waarom verplettert de zwaartekracht ze dan niet? Waarom is de envelop zo dun?
Wat komt er daarna?
De James Webb-ruimtetelescoop.
Het is de volgende stap. De Britse hoofdonderzoeker van ASTEP, professor Amaury Triaud, wil naar de chemie kijken. Koolstof. Stikstof. Zuurstof.
Als je de atmosferische vingerafdruk kunt lezen, kun je de geschiedenis traceren. Waar kwamen de materialen vandaan? Wat was de temperatuur toen ze ontstonden? Zijn ze verdampt? Zijn ze intact gebleven?
Professor Tristan Guillot ziet het grotere plaatje. Multi-planetaire systemen. Interacties op lange termijn. Evolutie over tientallen jaren. Dit vereist teamwerk. Antarctica. Ruimte telescopen. Observatoria op andere continenten. Allemaal gekoppeld.
Zonder die samenwerking blijft de waarheid verborgen in het donker.
We kijken naar geesten. Gigantische, met gas gevulde geesten die volgens onze modellen niet zouden moeten bestaan. Ze tarten de dichtheid. Ze tarten de eenvoud. Het zijn superpuff-planeten.
En we beginnen ze nog maar net te begrijpen.
