Den første ultravarme Neptun, LTT 9779b, er en af ​​naturens usandsynlige planeter

Et internationalt hold af astronomer, inklusive en gruppe fra University of Warwick, har opdaget den første Ultra Hot Neptun-planet, der kredser om den nærliggende stjerne LTT 9779.

Verden kredser så tæt på sin stjerne, at dens år kun varer 19 timer, hvilket betyder, at stjernestrålingen opvarmer planeten til over 1700 grader Celsius.

Ved disse temperaturer, tunge grundstoffer som jern kan ioniseres i atmosfæren og molekyler adskilles, giver et unikt laboratorium til at studere kemien af ​​planeter uden for solsystemet.

Selvom verden vejer dobbelt så meget som Neptun gør, den er også lidt større og har derfor en lignende tæthed. Derfor, LTT 9779b skulle have en enorm kerne på omkring 28 jordmasser, og en atmosfære, der udgør omkring 9 % af den samlede planetmasse.

Selve systemet er omkring halvdelen af ​​solens alder, 2 milliarder år gammel, og i betragtning af den intense bestråling, en Neptun-lignende planet ville ikke forventes at beholde sin atmosfære så længe, give et spændende puslespil at løse; hvordan et så usandsynligt system blev til.

LTT 9779 er en sollignende stjerne beliggende i en afstand af 260 lysår, et stenkast i astronomisk henseende. Den er super metalrig, har dobbelt så meget jern i atmosfæren som Solen. Dette kunne være en nøgleindikator for, at planeten oprindeligt var en meget større gasgigant, da disse kroppe fortrinsvis dannes tæt på stjerner med de højeste jernforekomster.

De første indikationer af planetens eksistens blev lavet ved hjælp af Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som en del af sin mission at opdage små transitplaneter, der kredser i nærheden, og klare stjerner henover hele himlen. Sådanne transitter findes, når en planet passerer direkte foran sin moderstjerne, blokerer noget af stjernelyset, og mængden af ​​blokeret lys afslører ledsagerens størrelse. Verdener som disse, når det er fuldt bekræftet, kan tillade astronomer at undersøge deres atmosfærer, give en dybere forståelse af planetdannelse og evolutionsprocesser.

Transitsignalet blev hurtigt bekræftet i begyndelsen af ​​november 2018 som stammende fra et planetarisk masselegeme, ved hjælp af observationer taget med High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher (HARPS) instrumentet, monteret på 3,6 m-teleskopet ved ESO la Silla-observatoriet i det nordlige Chile. HARPS bruger Doppler Wobble-metoden til at måle planetmasser og kredsløbskarakteristika som periode. Når objekter findes i transit, Doppler-målinger kan organiseres for at bekræfte den planetariske natur på en effektiv måde. I tilfælde af LTT 9779b, holdet var i stand til at bekræfte planetens virkelighed efter kun en uges observationer.

University of Warwick er en førende institution inden for Next-Generation Transit Survey (NGTS) konsortiet, hvis teleskoper i Paranal i Chile lavede opfølgende observationer for at hjælpe med at bekræfte opdagelsen af ​​planeten. Dr. George King fra University of Warwick Department of Physics arbejdede på analysen af ​​resultaterne.

Han sagde:"Vi var meget glade, da vores NGTS-teleskoper bekræftede transitsignalet fra denne spændende nye planet. Dykket i lysstyrke er kun to tiendedele af en procent, og meget få teleskoper er i stand til at foretage så præcise målinger."

Professor James Jenkins fra Institut for Astronomi ved Universidad de Chile, der ledede holdet, sagde:"Opdagelsen af ​​LTT 9779b så tidligt i TESS-missionen var en komplet overraskelse; en satsning, der betalte sig. De fleste transitbegivenheder med færre perioder end en dags valgdeltagelse for at være falsk-positive, normalt baggrundsformørkende binære stjerner."

LTT 9779b er virkelig et sjældent udyr, eksisterer i et tyndt befolket område af det planetariske parameterrum. "Planeten eksisterer i noget kendt som 'Neptun-ørkenen', en region blottet for planeter, når vi ser på befolkningen af ​​planetariske masser og størrelser. Selvom iskolde giganter ser ud til at være et ret almindeligt biprodukt af planetdannelsesprocessen, dette er ikke tilfældet meget tæt på deres stjerner. Vi tror på, at disse planeter bliver frataget deres atmosfærer over kosmisk tid, ender som såkaldte Ultra Short Period-planeter." forklarede Jenkins.

Beregninger foretaget af Dr. King bekræftede, at atmosfæren i LTT 9779b burde være blevet fjernet fra atmosfæren gennem en proces kaldet fotofordampning. Han sagde:"Intens røntgenstråler og ultraviolet lys fra den unge moderstjerne vil have opvarmet planetens øvre atmosfære og burde have drevet de atmosfæriske gasser ud i rummet." På den anden side, Dr. Kings beregninger viste, at der ikke var nok røntgenopvarmning til, at LTT 9779b kunne starte som en meget mere massiv gasgigant. "Fotofordampning skulle have resulteret i enten en bar sten eller en gasgigant, " forklarede han. "Hvilket betyder, at der skal være noget nyt og usædvanligt, vi skal forsøge at forklare om denne planets historie."

Professor Jenkins bemærkede:"Planetariske strukturmodeller fortæller os, at planeten er en kæmpe kernedomineret verden, men afgørende, der burde eksistere to til tre jordmasser af atmosfærisk gas. Men hvis stjernen er så gammel, hvorfor eksisterer der overhovedet nogen atmosfære? Godt, hvis LTT 9779b startede livet som en gasgigant, så kunne en proces kaldet Roche Lobe Overflow have overført betydelige mængder af den atmosfæriske gas til stjernen."

Roche Lobe Overflow er en proces, hvorved en planet kommer så tæt på sin stjerne, at stjernens stærkere tyngdekraft kan fange planetens ydre lag, får det til at overføres til stjernen og dermed reducere planetens masse betydeligt. Modeller forudsiger resultater svarende til LTT 9779-systemet, men de kræver også en vis finjustering.

"Det kan også være, at LTT 9779b ankom til sin nuværende bane ret sent på dagen, og har altså ikke haft tid til at blive frataget atmosfæren. Kollisioner med andre planeter i systemet kunne have kastet det indad mod stjernen. Ja, da det er en så unik og sjælden verden, mere eksotiske scenarier kan være plausible." tilføjede Jenkins.

Da planeten synes at have en betydelig atmosfære, og at den kredser om en forholdsvis lys stjerne, fremtidige studier af den planetariske atmosfære kan låse op for nogle af mysterierne, der er relateret til, hvordan sådanne planeter dannes, hvordan de udvikler sig, og detaljerne om, hvad de er lavet af. Jenkins konkluderede:"Planeten er meget varm, som motiverer en søgen efter grundstoffer, der er tungere end hydrogen og helium, sammen med ioniserede atomkerner. Det er nøgternt at tænke på, at denne 'usandsynlige planet' sandsynligvis er så sjælden, at vi ikke vil finde et andet laboratorium, der ligner det, til at studere naturen af ​​Ultra Hot Neptunes i detaljer. Derfor, vi må udvinde hver eneste ounce viden, vi kan, fra denne diamant i det uslebne, observere det med både rumbaserede og jordbaserede instrumenter i løbet af de kommende år."

"An Ultra Hot Neptun in the Neptune Desert" er udgivet i Natur astronomi .