Astronomen worden geconfronteerd met een hardnekkig mysterie: een drietal exoplaneten met ultralage dichtheid, die rond een verre ster draaien, blijven verborgen door een waas die zo dik is dat zelfs de krachtige James Webb Space Telescope (JWST) er niet doorheen kan dringen. Deze werelden, die vanwege hun uitzonderlijk lage dichtheid ‘suikerspinplaneten’ worden genoemd, dagen het huidige begrip van planetaire vorming uit.
Het raadselachtige Kepler-51-systeem
De planeten – Kepler-51b, c en d – bevinden zich op een afstand van 2615 lichtjaar in een systeem met vier planeten. Ze werden aanvankelijk ontdekt met behulp van NASA’s Kepler-ruimtetelescoop, die detecteerde dat ze voor hun ster langs passeerden. Metingen van de afmetingen en massa van de planeten onthullen een anomalie: ze zijn qua grootte vergelijkbaar met Saturnus, maar hebben toch slechts een fractie van hun massa.
In het bijzonder hebben de planeten 51b, c en d stralen van 7,1, 9 en 9,7 maal die van de aarde, terwijl hun massa respectievelijk slechts 3,7, 5,6 en 5,6 maal de massa van de aarde bedraagt. Ter vergelijking: Saturnus heeft een massa die 95 keer groter is dan de aarde. Dit maakt ze ongewoon luchtig, met een dichtheid die meer lijkt op gesponnen suiker dan op rotsachtige of gasvormige planeten.
Het probleem met de waas
Pogingen om de atmosfeer van deze planeten te analyseren met behulp van zowel de Hubble-ruimtetelescoop als de JWST zijn mislukt. De waas rond Kepler-51d is zo dicht dat spectroscopische analyse, die berust op het identificeren van de chemische vingerafdruk van atmosferische moleculen, geen resultaten heeft opgeleverd.
‘Het licht van een ster wordt door de atmosfeer van de planeet gefilterd voordat het onze telescopen bereikt’, legt Jessica Libby-Roberts van de Universiteit van Tampa uit. “Als we over een bereik van golflengten kijken… krijgen we een soort vingerafdruk van de atmosfeer van de planeet die de samenstelling ervan onthult.” Een dergelijke vingerafdruk is echter niet naar voren gekomen, wat erop wijst dat de nevel alle onderliggende atmosferische signalen overweldigt.
Waarom dit belangrijk is
Het bestaan van deze planeten met ultralage dichtheid gooit een sleutel in de huidige modellen van de vorming van gasreuzen. Gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus vormen zich rond dichte kernen die door zwaartekracht gas uit de omringende protoplanetaire schijf aantrekken. De planeten van Kepler-51 lijken echter kleine kernen en een opgeblazen atmosfeer te hebben – een combinatie die elke verklaring tart.
Het systeem is ook relatief jong (ongeveer 500 miljoen jaar oud), wat de mogelijkheid vergroot dat de planeten zich in een overgangstoestand bevinden. De activiteit van de ster kan ervoor zorgen dat de buitenste gassen worden weggestript, wat betekent dat deze werelden niet lang meer zo luchtig zullen blijven.
De toekomst van onderzoek
Een ander team analyseert momenteel de atmosfeer van Kepler-51b met behulp van het NIRSpec-instrument van JWST. Als dit lukt, kunnen deze waarnemingen aanwijzingen opleveren over de oorsprong van alle drie de vreemde planeten in het systeem. Voorlopig blijft het mysterie van de “suikerspinplaneten” onopgelost, wat het enorme onbekende benadrukt dat nog steeds op de loer ligt in de kosmos.
Het Kepler-51-systeem vormt een unieke uitdaging voor planetaire wetenschappers: hoe kunnen gasreuzen ontstaan met zulke lage dichtheden en zulke dikke atmosferen? Verdere observaties zullen cruciaal zijn bij het ontrafelen van dit kosmische raadsel.
