Astronomen zijn verbaasd over het bestaan van massieve gasreuzen die rond verre sterren draaien, planeten die zo groot en verreikend zijn dat ze conventionele verklaringen over de vorming van planeten tarten. Nieuw onderzoek, waarbij gebruik is gemaakt van gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST), heeft zich geconcentreerd op drie van dergelijke ‘super-Jupiters’ op een afstand van 130 lichtjaar, waarbij atmosferische composities zijn onthuld die de heersende theorieën uitdagen.
De puzzel van verre reuzen
De planeten in kwestie draaien rond HR 8799, een ster in het sterrenbeeld Pegasus, en hebben een massa van 5 tot 10 keer de massa van Jupiter. Hun banen zijn ook uitzonderlijk breed en bestrijken 15 tot 70 astronomische eenheden (AU) – wat betekent dat ze 15 tot 70 keer verder van hun ster verwijderd zijn dan de aarde van de zon.
Het standaardmodel voor de vorming van gasreuzen, core accretion, suggereert dat planeten groeien uit vaste klonten in een protoplanetaire schijf, waarbij ze geleidelijk gas verzamelen. Op zulke grote afstanden zou dit proces te langzaam moeten zijn: schijven verdwijnen voordat deze werelden voldoende massa kunnen verzamelen. Een alternatieve, zwaartekrachtinstorting (zoals hoe bruine dwergen ontstaan) zou andere omstandigheden vereisen.
JWST onthult zwavelhandtekeningen
Om onderscheid te maken tussen deze scenario’s analyseerde het onderzoeksteam de atmosfeer van de drie binnenste planeten van HR 8799, op zoek naar zwavel – een element dat tijdens de planeetvorming in vaste korrels is opgesloten. Het detecteren van zwavel zou duiden op aanwas van vast materiaal.
Dankzij de hoge gevoeligheid van JWST konden onderzoekers zwakke planetaire signalen isoleren uit de schittering van de ster, wat sterk bewijs onthulde van waterstofsulfide in de planeten HR 8799 c en d, met vergelijkbare zwavelverrijking op alle drie. Dit suggereert dat de planeten gevormd zijn als Jupiter, ondanks dat ze aanzienlijk massiever zijn.
Onverwachte efficiëntie
De ontdekking is verrassend omdat de planeten hoge niveaus van zware elementen (koolstof, zuurstof en zwavel) vertonen in vergelijking met hun ster, wat een ongewoon efficiënte opname van vast materiaal impliceert.
‘Het is onmogelijk dat de vorming van planeten zo efficiënt zou zijn’, merkt astronoom Michael Meyer op, terwijl hij het raadsel benadrukt. De gegevens suggereren dat deze planeten snel zijn ontstaan, wat de verwachtingen voor verre, koude omgevingen tart.
Implicaties en toekomstig onderzoek
De bevindingen roepen vragen op over de grenzen van de kernaanwas en of de ineenstorting van de zwaartekracht een grotere rol zou kunnen spelen bij het vormen van massieve, verre gasreuzen dan eerder werd gedacht. Verder onderzoek van andere systemen is nodig om te bepalen of HR 8799 een anomalie of een veel voorkomend fenomeen vertegenwoordigt.
“Het is een raadsel. We zitten hier echt met een mysterie”, besluit Meyer, waarmee hij de noodzaak van verder onderzoek benadrukt om de vorming van deze kolossale exoplaneten te ontrafelen.
