De studie van extra-zonneplaneten heeft de afgelopen jaren enkele nogal interessante kandidaten opgeleverd. Op 1 augustus 2017 zijn in totaal 3.639 exoplaneten ontdekt in 2.729 planetaire systemen en 612 meerdere planetaire systemen. Veel van deze ontdekkingen hebben het conventionele denken over planeten in twijfel getrokken, vooral wat hun afmetingen en afstanden tot hun zonnen betreft.
Volgens een onderzoek van een internationaal team van astronomen passen de laatste ontdekkingen van exoplaneten in deze trend. Bekend als EPIC 211418729b en EPIC 211442297b, draaien deze twee gasreuzen rond sterren die zich respectievelijk op ongeveer 1569 en 1360 lichtjaar van de aarde bevinden en qua grootte vergelijkbaar zijn met Jupiter. Gecombineerd met hun relatief nauwe baan om hun sterren, heeft het team hen aangewezen als "Warm Jupiters".
De studie, getiteld "EPIC 211418729b en EPIC 211442297b: Two Transiting Warm Jupiters", verscheen onlangs online. Onder leiding van Avi Shporer - een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Geologische en Planetaire Wetenschappen (GPS) van het California Institute of Technology (Caltech) - vertrouwde het team op gegevens van de Kepler en K2 missies en vervolgobservaties met meerdere telescopen op de grond om de afmetingen, massa's en banen van deze planeten te bepalen.
Zoals ze in hun studie aangeven, werden de twee planeten aanvankelijk door de K2 missie. Met andere woorden, ze werden aanvankelijk gedetecteerd via de transitmethode, waarbij astronomen dips in een sterhelderheid meten om te bevestigen dat een planeet tussen de waarnemer en de ster passeert. Deze waarnemingen vonden plaats tijdens K2‘Campaign 5-observaties, die plaatsvonden tussen 27 april en 10 juli 2015.
Het team heeft vervolgens vervolgwaarnemingen uitgevoerd met de Keck II-telescoop (op het W.M. Keck-observatorium op Hawaï) en de Gemini North-telescoop (op het Gemini-observatorium, ook op Hawaï). Deze waarnemingen, uitgevoerd van januari 2016 tot mei 2017, werden vervolgens gecombineerd met spectrale gegevens en radiale snelheidsmetingen van de High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) van de op de Keck I-telescoop.
Ten slotte voegden ze fotometrische gegevens toe van het Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chili, het South African Astronomical Observatory (SAAO) en het Siding Spring Observatory (SSO) in Australië. Deze vervolgwaarnemingen bevestigden de aanwezigheid van deze twee exoplaneten. Zoals ze in de studie schreven:
“We hebben twee voorbijgaande warme Jupiter-exoplaneten ontdekt die aanvankelijk waren geïdentificeerd als doorlatende kandidaten in K2-fotometrie… Beide planeten behoren tot de langste periode van doortocht van gasreuzenplaneten met een gemeten massa, en ze cirkelen rond relatief oude gaststerren. Beide planeten zijn niet opgeblazen omdat hun stralen in overeenstemming zijn met theoretische verwachtingen. ”
Uit hun waarnemingen kon het team ook schattingen maken over de respectieve afmetingen, massa's en omloopperioden van de planeten. Terwijl EPIC 211418729 b 0,942 Jupiter-radii meet, ongeveer 1,85 Jupiter-massa's en een orbitale periode van 11,4 dagen heeft, meet EPIC 211442297 b 1,115 Jupiter-radii, ongeveer 0,84 Jupiter-massa's en een orbitale periode van 20,3 dagen.
Op basis van hun schattingen ervaren deze planeten oppervlaktetemperaturen tot respectievelijk 719 K (445,85 ° C; 834,5 ° F) en 682 K (408,85 ° C; 768 ° F). Als zodanig classificeerden ze deze planeten als "Warme Jupiters", omdat ze niet voldoen aan wat typisch wordt beschouwd voor "Hot Jupiters" - die een exotische atmosfeer hebben met temperaturen die oplopen tot enkele duizenden Kelvin.
De onderzoekers merkten op dat deze twee planeten, op basis van hun omlooptijd, enkele van de langste omloopperiodes hebben van elke transiterende gasreus (dat wil zeggen die welke zijn gedetecteerd met behulp van de transitmethode) die tot nu toe zijn gedetecteerd. Of zoals ze in hun studie stellen:
“Zowel EPIC 211418729b als EPIC 211442297b behoren tot de langste doorlopende gasreuzenplaneten met een gemeten massa. Volgens het NASA Exoplanet Archive (Akeson et al. 2013) is EPIC 211442297b momenteel de langste periode dat K2 exoplaneten doorlaat met een goed beperkte massa. ”
Een andere interessante observatie was het feit dat geen van deze exoplaneten was opgeblazen, iets wat ze niet hadden verwacht. In het geval van Hot Jupiters ondergaan de atmosferen een expansie als gevolg van de hoeveelheid zonnestraling die ze ontvangen, wat resulteert in wat het team in hun paper een "straal-bestralingscorrelatie" noemt. Met andere woorden, Hot Jupiters zijn enorm, maar staan ook bekend om hun lage dichtheden in vergelijking met koelere gasreuzen.
In plaats daarvan ontdekte het team dat zowel EPIC 211418729b als EPIC 211442297b radii hadden die consistent waren met wat theoretische modellen voorspellen voor gasreuzen van hun massa. Hun resultaten brachten hen er ook toe enkele voorlopige conclusies te trekken over de structuren en composities van de planeten. Zoals ze schreven:
“Beide planeten zijn niet opgeblazen in vergelijking met theoretische verwachtingen, in tegenstelling tot veel andere planeten in het diagram. Hun posities liggen dicht bij of zijn consistent met theoretische verwachtingen voor een planeet met weinig tot geen rotsachtige kern, voor EPIC 211442297b, en een planeet met een significante rotsachtige kern voor EPIC 211418729b. ”
Deze resultaten suggereren dat zonnestraling geen belangrijke rol speelt bij het bepalen van de straal van warme jupiters. Het roept ook enkele interessante vragen op over de correlatie tussen radii en bestraling met andere gasreuzen. In de toekomst zullen EPIC 211418729b en EPIC 211442297b doelen van de toekomst zijn K2 waarnemingen tijdens Campagne 18 van de missie, die loopt van mei tot augustus 2018.
Deze waarnemingen bieden zeker wat extra inzicht in deze planeten en de mysteries die deze studie heeft opgeleverd. Toekomstige onderzoeken naar transiterende exoplaneten - uitgevoerd door instrumenten van de volgende generatie zoals de Transiting Exoplanet Survey Satellites (TESS) - en direct-imaging-onderzoeken uitgevoerd door de James Webb Space Telescope (JWST) zullen zeker nog meer onthullen over verre, exotische exoplaneten.
