Als het gaat om hoe en waar planetenstelsels ontstaan, dachten astronomen dat ze de zaken redelijk goed onder de knie hadden. De overheersende theorie, bekend als de Nebulaire hypothese, stelt dat sterren en planeten worden gevormd door enorme stof- en gaswolken (d.w.z. nevels). Zodra deze wolk door zwaartekracht instort in het midden, vormt het resterende stof en gas een protoplanetaire schijf die uiteindelijk wordt geaccreteerd om planeten te vormen.
Bij het bestuderen van de verre ster NGTS-1 - een M-type (rode dwerg) op ongeveer 600 lichtjaar afstand - ontdekte een internationaal team onder leiding van astronomen van de University of Warwick een enorme "hete Jupiter" die veel te groot leek om zo'n kleine ster te draaien. De ontdekking van deze 'monsterplaneet' heeft natuurlijk een aantal eerder aangehaalde ideeën over planetaire vorming in twijfel getrokken.
De studie, getiteld "NGTS-1b: A hot Jupiter transiting an M-dwarf", verscheen onlangs in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. Het team werd geleid door Dr. Daniel Bayliss en professor Peter Wheatley van de University of Warwick en bestond uit leden van de Geneva Observatory, het Cavendish Laboratory, het German Aerospace Center, het Leicester Institute of Space and Earth Observation, het TU Berlin Center for Astronomie en astrofysica, en meerdere universiteiten en onderzoeksinstituten.
De ontdekking is gedaan met behulp van gegevens die zijn verkregen door de Next-Generation Transit Survey (NGTS) -faciliteit van ESO, die zich op het Paranal-observatorium in Chili bevindt. Deze faciliteit wordt beheerd door een internationaal consortium van astronomen die afkomstig zijn van de universiteiten van Warwick, Leicester, Cambridge, Queen's University Belfast, de Geneva Observatory, het German Aerospace Center en de University of Chile.
Met behulp van een volledige reeks volledig robotachtige compacte telescopen is dit fotometrische onderzoek een van de vele projecten die bedoeld zijn als aanvulling op de Kepler Space Telescope. Leuk vinden Kepler, het houdt verre sterren in de gaten voor tekenen van plotselinge helderheidsdalingen, die een indicatie zijn van een planeet die voorbij de ster gaat (ook bekend als "doorgang") ten opzichte van de waarnemer. Bij het onderzoeken van gegevens verkregen uit NGTS-1, de eerste ster die door de enquête werd gevonden, deden ze een verrassende ontdekking.
Op basis van het signaal dat werd geproduceerd door de exoplaneet (NGTS-1b), bepaalden ze dat het een gasreus was die ongeveer even groot was als Jupiter en bijna net zo massief (0,812 Jupiter-massa's). De omlooptijd van 2,6 dagen gaf ook aan dat hij heel dicht bij zijn ster draait - ongeveer 0,0326 AU - wat hem een 'hete Jupiter' maakt. Op basis van deze parameters schatte het team ook dat NGTS-1b temperaturen ervaart van ongeveer 800 K (530 ° C; 986 ° F).
De ontdekking gooide het team voor een lus, omdat men dacht dat het onmogelijk was voor planeten van deze omvang om kleine M-type sterren te vormen. In overeenstemming met de huidige theorieën over de vorming van planeten, wordt aangenomen dat rode dwergsterren in staat zijn om rotsachtige planeten te vormen - zoals blijkt uit de vele die recentelijk rond rode dwergen zijn ontdekt - maar ze zijn niet in staat genoeg materiaal te verzamelen om planeten van Jupiter-formaat te creëren .
Zoals Dr. Daniel Bayliss, een astronoom bij de Universiteit van Genève en de hoofdauteur van het artikel, opmerkte in het persbericht van de Universiteit van Warwick:
“De ontdekking van NGTS-1b was een complete verrassing voor ons - men dacht niet dat zulke enorme planeten zouden bestaan rond zulke kleine sterren. Dit is de eerste exoplaneet die we hebben gevonden met onze nieuwe NGTS-faciliteit en we dagen de ontvangen wijsheid over hoe planeten zich vormen al uit. Onze uitdaging is nu om erachter te komen hoe vaak dit soort planeten in de Melkweg voorkomen, en met de nieuwe NGTS-faciliteit zijn we goed geplaatst om precies dat te doen. ”
Wat ook indrukwekkend is, is het feit dat de astronomen de doorgang überhaupt hebben opgemerkt. In vergelijking met andere klassen van sterren zijn M-type sterren de kleinste, coolste en zwakste. In het verleden zijn rotsachtige lichamen om hen heen gedetecteerd door verschuivingen in hun positie ten opzichte van de aarde te meten (ook bekend als de Radial Velocity Method). Deze verschuivingen worden veroorzaakt door de zwaartekrachtsleep van een of meer planeten die ervoor zorgen dat de planeet heen en weer "wiebelt".
Kortom, het lage licht van een M-type ster heeft het zeer onpraktisch gemaakt om ze te controleren op dalingen in helderheid (ook bekend als de Transit-methode). Met behulp van de roodgevoelige camera's van de NGTS kon het team echter maandenlang de nachtelijke hemel bewaken. In de loop van de tijd merkten ze dat er elke 2,6 dagen dalingen van NGTS-1 kwamen, wat erop wees dat een planeet met een korte omlooptijd er periodiek voor ging.
Vervolgens volgden ze de baan van de planeet rond de ster en combineerden ze de transitgegevens met radiale snelheidsmetingen om de grootte, positie en massa te bepalen. Zoals professor Peter Wheatley (die NGTS leidt) aangaf, was het vinden van de planeet een nauwgezet werk. Maar uiteindelijk zou de ontdekking ervan kunnen leiden tot de detectie van nog veel meer gasreuzen rond sterren met een lage massa:
“NGTS-1b was moeilijk te vinden, ondanks dat het een monster van een planeet was, omdat de moederster klein en zwak is. Kleine sterren zijn eigenlijk de meest voorkomende in het universum, dus het is mogelijk dat veel van deze gigantische planeten wachten om gevonden te worden. Na bijna tien jaar te hebben gewerkt aan de ontwikkeling van de NGTS-telescooparray, is het opwindend om te zien dat het nieuwe en onverwachte soorten planeten uitkiest. Ik kijk er naar uit om te zien welke andere soorten opwindende nieuwe planeten we kunnen opduiken. "
Binnen het bekende heelal zijn sterren van het M-type verreweg de meest voorkomende, goed voor 75% van alle sterren in de Melkweg alleen. In het verleden leidde de ontdekking van rotsachtige lichamen rond sterren zoals Proxima Centauri, LHS 1140, GJ 625 en de zeven rotsachtige planeten rond TRAPPIST-1, velen in de astronomische gemeenschap tot de conclusie dat rode dwergsterren de beste plaats waren om naar te zoeken Aarde-achtige planeten.
De ontdekking van een Hot Jupiter die in een baan om NGTS-1 draait, wordt daarom gezien als een indicatie dat andere rode dwergsterren ook in een baan om het gas zouden kunnen draaien. Bovenal toont deze laatste vondst eens te meer het belang van exoplaneetonderzoek. Met elke vondst die we buiten ons zonnestelsel doen, leren we meer over de manieren waarop planeten zich vormen en evolueren.
Elke ontdekking die we doen, vergroot ook ons begrip van hoe waarschijnlijk het is dat we het leven daar ergens zullen ontdekken. Want wat is uiteindelijk meer wetenschappelijk doel dan te bepalen of we al dan niet alleen zijn in het universum?
