Två gigantiska jätteplaneter med en densitet mindre än sockervadd.

 

Bild Jämförelse av exoplaneterna i TOI-791-systemet med planeter i vårt solsystem. Bildkredit: NASA/Daniel Rutter. Bildkredit: NASA/Daniel Rutter.

Gasplaneterna TOI-791 b och TOI-791 c identifierades  som eventuella planeter 2019 respektive 2023 av volontärer som deltog i Planet Hunters TESS medborgarforskningsprojekt. I detta projekt söks i data från NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) efter möjliga exoplaneter. Forskarna mätte sedan planeternas densitet genom att kombinera observationer av deras storlek och massa med teleskop runt om i världen.

När en planet passerar framför sin sol dämpas stjärnans ljus något. Storleken av ljusets minskning avslöjar planetens storlek. I detta solsystem (TOI-791 ) upptäckte forskarna också subtila variationer i tidpunkten för passagerna orsakade av att de två planeterna genom gravitation dras mot varandra när de kretsar runt sin sol. Genom att analysera dessa tidsförskjutningar kunde teamet uppskatta planeternas massor och beräkna deras som det visade sig låga densitet.

Upptäckten byggde på åtta års observationer, inklusive  ASSTEPS (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets)-teleskopet vid Concordia Station i Antarktis. Detta teleskop är gemensamt drivet av forskare från Université Côte d'Azur/Observatoire de la Côte d'Azur och internationella samarbetspartners. Den antarktiska vintern gav en unik fördel genom att månader av oavbrutet mörker gjorde det möjligt för astronomer att fånga planeternas exceptionellt långa passager vilka var och en varande mer än 11 timmar i en enda obruten observation. Detta är de längsta kontinuerliga planettransiterna som någonsin observerats i sin helhet från markteleskop.

Astronomer debatterar fortfarande hur superpuffplaneter bildas. En ledande teori är att de har enorma väte- och heliumrika atmosfärer som utgör en betydande del av deras totala massa. Dessa gigantiska gasformiga inkapslingar kan ha insamlats när planeterna bildades långt från sin sol i kalla delar av protoplanetarskivan (En protoplanet är skiva är en roterande cirkumstellär skiva med tät gas som omger en mycket ung stjärna.) där gas kunde kylas och snabbt samlas runt en fast kärna. 

Forskarna avser att genomföra uppföljande undersökningar för att förstå mer om hur dessa planeter bildades och för att utesluta några av de ledande superpuff-förklaringarna. Professor Tristan Guillot (Université Côte d'Azur), huvudansvarig forskare för ASTEP och medförfattare till studien, beskriver 'Dessa multiplanetära system som komplexa med gravitationsinteraktioner mellan planeterna som utvecklats under långa perioder, tiotals år eller mer. 

Denna upptäckt understryker vikten av fortsatt internationellt samarbete inom astronomi. Att samla observationer från Antarktis, rymdteleskop och observatorier över flera kontinenter var avgörande för att avslöja den sanna naturen hos dessa extraordinära planeter.'

Studien ‘ASTEP confirmation of a pair of long-period Jupiter-sized planets with extremely low densities transiting TOI-79’ har publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Finns att läsa här.

Planeter med konsistens som sockervadd stelnar över tid.

 

Bild https://www.nao.ac.jp/ Konstnärlig föreställning av de fyra planeterna runt en ung stjärna. De puffiga planeterna riskerar förlora sina atmosfärer på grund av den intensiva strålningen från stjärnan. (Källa: Astrobiology Center)

En av de största överraskningarna inom astronomin under senare tid är upptäckten att de flesta stjärnor hyser en planet i storlek som jorden eller  Neptunus på ett avstånd från sig närmare än Merkurius är vår sol. Dessa superjordar och sub-Neptunusar är de vanligaste typerna av planeter känner till. Hur de bildats har dock varit höljd i mysterium.

Nu har ett internationellt team av astronomer funnit en avgörande saknad länk i bildningsprocessen. Genom att väga fyra nybildade planeter i V1298 Tau-systemet fångade teamet en sällsynt ögonblicksbild av utvecklingen av kompakta planeter som dessa. 

Studien fokuserade på V1298 Tau, en stjärna som finns 352 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Oxen. V1298 Tau är cirka 20 miljoner år gammal, jämfört med vår 4,5 miljarder år gamla sol. Runt denna unga, aktiva stjärna har fyra jätteplaneter, alla i storlek som Neptunus och Jupiter, observerats i en flyktig och turbulent fas av snabb evolution.

Teamet använde data som samlats in under ett decennium av en arsenal av mark- och rymdbaserade teleskop för att exakt mäta när varje planet passerade framför stjärnan, en händelse som kallas transit. Genom att tajma dessa transit upptäckte astronomer små variationer i planeternas banor. DEt gör att deras omloppsbana och gravitation påverkar varandra, vilket accelererar eller saktar ner tidpunkten för passagen. Dessa små tidsförskjutningar gjorde det möjligt för teamet att mäta planeternas massor för första gången. Planeterna har 5 till 10 gånger större radie än jorden men massor på endast 5 till 15 gånger av jordens. Detta gör att de har mycket låg densitet. Man kan jämföra deras densitet med sockervadd.

Denna sockervaddslikhet hjälper till att lösa ett långvarigt pussel kring planetbildning. En planet som bildas och kyls ner över tid är dock mycket mer kompakt. Sockervaddslikheten indikerar att dessa planeter redan har genomgått en dramatisk omvandling, snabbt förlorat mycket av sina ursprungliga atmosfärer och kylts ner. Nu förutspås planeterna fortsätta utvecklas, förlora sina atmosfärer och krympa avsevärt, och förvandlas till de typer av superjordar och sub-Neptunus som ofta observeras därute.

V1298 Tau-systemet fungerar nu som ett avgörande laboratorium för att förstå ursprunget till de mest talrika planetslagen och solsystemen i Vintergatan, vilket ger forskare en aldrig tidigare skådad inblick i de turbulenta och omvälvande livet på unga världar. Att förstå system som V1298 Tau kan också hjälpa till att förklara varför vårt eget solsystem saknar superjordar och sub-Neptunus som är så vanlig förekommande på andra håll i galaxen.