Astronomen verkijgen met TESS meer inzicht in ultra-hete exoplaneet Kelt-9b

Tussen 18 juli en 11 september 2019, bij het verkennen van de noordelijke sterrenhemel, observeerde TESS 27 transits van KELT-9b, waarbij elke twee minuten metingen werden verricht. Dankzij deze waarnemingen kon het team de ongebruikelijke ster van het systeem en de impact ervan op de planeet modelleren. KELT-9b is ongeveer 1,8 keer groter dan Jupiter, en heeft 2,9 keer zijn massa. De planeet is ’tidally locked’, getijdekrachten hebben zijn rotatie vergrendeld, de planeet staat altijd met dezelfde kant naar zijn ster gericht. De planeet draait in slechts 36 uur rond zijn ster, in een polaire baan. KELT-9b ontvangt 44.000 keer meer energie van zijn ster dan de aarde van de zon. Dit veroorzaakt bij de planeet’s dagzijde een temperatuur die rond de 4300 graden Celsius schommelt. Dit is heter dan het oppervlak van sommige sterren. Deze intense hitte zorgt er ook voor dat de atmosfeer van de planeet de ruimte in stroomt. Ook de moederster is een vreemde eend in de sterrenbijt. De ster is tweemaal zo groot als de zon en is gemiddeld ongeveer 56 procent heter. Hij draait echter 38 keer sneller dan de zon en voltooit een volledige rotatie in slechts 16 uur. Zijn snelle draaiing vervormt de ster, maakt hem plat bij de polen en breder in het midden. Dit zorgt ervoor dat de polen van de ster opwarmen en oplichten, terwijl het equatoriale gebied afkoelt en dimt – een fenomeen dat ‘zwaartekrachtsverduistering’ wordt genoemd. Het resultaat is een temperatuurverschil over het oppervlak van de ster van bijna 800 graden Celsius. Met elke baan ervaart KELT-9b tweemaal het volledige bereik van stellaire temperaturen, wat een merkwaardige seizoenssequentie oplevert. De planeet ervaart ‘zomer’ wanneer het over de hete polen gaat en ‘winter’ wanneer het over het koelere midden van de ster gaat. Dus KELT-9b ervaart elk jaar twee zomers en twee winters, met een seizoensduur van ongeveer negen uur.

“Het is echt intrigerend om na te denken over hoe de temperatuurgradiënt van de ster de planeet beïnvloedt”, zegt co-auteur Nicole Colón. “De variatie aan energieniveaus die de ster ontvangt, produceren waarschijnlijk een extreem dynamische atmosfeer.” De polaire baan van KELT-9b rond de afgeplatte ster produceert duidelijk scheve doorgangen. De planeet begint zijn transitie nabij de heldere polen van de ster en blokkeert dan minder en minder licht terwijl het over de lichtzwakkere evenaar van de ster reist. Deze asymmetrie geeft aanwijzingen voor de temperatuur- en helderheidsveranderingen over het oppervlak van de ster, en ze stelden het team in staat om de ronde vorm van de ster, de oriëntatie in de ruimte, het bereik van de oppervlaktetemperaturen en andere factoren die de planeet beïnvloeden te reconstrueren. “Van de planetaire systemen die we hebben bestudeerd via verduistering door zwaartekracht, zijn de effecten op KELT-9b verreweg het meest spectaculair”, aldus Jason Barnes, natuurkunde professor en co-auteur. Barnes stelt dat dit onderzoek een stap in de richting is naar het verenigen van zwaartekrachtsverduistering met andere technieken die planetaire uitlijningen meten, waarvan men verwacht dat ze nog meer inzicht zullen geven in de vorming en evolutionaire geschiedenis van exoplaneten rond zware sterren. Bron: NASA