JWST vindt citroenvormige planeet

Met de James Webb ruimtetelescoop is een planeet opgespoord die bijna absurd klinkt, een exoplaneet die geen nette bol vormt maar uitgesproken citroenvormig is. In de inmiddels indrukwekkende catalogus van honderden bekende exoplaneten valt dit exemplaar meteen uit de toon. Niet doordat hij extreem zwaar of juist licht is, maar omdat zijn geometrie rechtstreeks ingaat tegen wat we in de lesboeken graag als standaard bolvorm tekenen. Toch komt het keurig uit de metingen rollen, en niet uit één instrument maar uit een consistent pakket waarnemingen.

Planeet in een zeer nauwe baan

De citroenvormige wereld draait in een zeer nauwe baan rond een compact en uiterst energierijk centraal object, bij verschillende bronnen omschreven als een snel roterende pulsar. De planeet voltooit zijn omloop in minder dan een aardse dag, zodat hij praktisch tegen zijn moederster aan lijkt geplakt, kosmisch gezien dan. Op basis van helderheidsmetingen en dynamische modellen komt de massa uit in het gebied van de zwaardere gasreuzen, grofweg vergelijkbaar met, of iets zwaarder dan Jupiter, terwijl de straal anisotroop is, dus afhankelijk van welke as je bekijkt. Ter vergelijking, zelfs Jupiters manen die sterk getijden ondergaan blijven nog redelijk bolvormig, de krachten die worden uitgeoefend op deze planeet gaan duidelijk een stap verder.

Hoe JWST de citroenvorm onthulde

Tijdens een zogenaamde transit schuift de planeet voor zijn lichtbron langs en veroorzaakt zo een uiterst kleine maar meetbare afname in de waargenomen helderheid. JWST heeft met zijn infraroodinstrumenten die lichtkrommen met een hoge tijdsresolutie gevolgd. Als de planeet een perfecte bol zou zijn, dan volgt de helderheidsdip een strak symmetrisch patroon. Wat Webb ziet, wijkt daarvan subtiel maar systematisch af, vooral rond de ingang- en uitgangsfase van de transit. Door deze afwijkingen te koppelen aan zwaartekrachtmodellen ontstaat een beeld waarin de planeet sterk is uitgerekt, terwijl hij in de loodrechte richting juist enigszins afgeplat is, precies het profiel van een citroen. Andere telescopen vanaf de aarde leveren ondersteunende metingen van de baanparameters, maar de vorm zelf komt hoofdzakelijk uit de precisie van JWST.

Getijdenkrachten en extreme omstandigheden

De oorzaak ligt in de combinatie van hevige getijdenkrachten en een (waarschijnlijk) hoge rotatiesnelheid. Omdat de planeet zo dicht op zijn begeleider zit, verschilt de zwaartekracht tussen de naar binnen gerichte hemisfeer en de buitenste hemisfeer dramatisch, wat het inwendige materiaal uitrekt. Iets soortgelijks zien we bij de maan Io of bij enkele binnenste manen van Saturnus, maar daar blijft de afwijking van bolvorm nog beperkt tot procenten, hier praten we over een vervorming die echt geometrisch opvalt. Aan het oppervlak, voor zover je bij een gasreus eerlijk van oppervlak kunt spreken, vind je temperaturen van duizenden graden en een intense straling van hoogenergetische deeltjes. Een stabiele atmosfeer in de aardse betekenis is hier onwaarschijnlijk, eventuele gaslagen worden continu opgepomt en deels weggerukt. Op langere termijn kan die massaverliesstroom de planeet verder strippen, mogelijk tot alleen een dichte kern overblijft.

Betekenis voor het exoplanetenonderzoek

Deze meting dwingt ons om modelmatig minder gemakzuchtig te zijn bij het schatten van massa en straal, we kunnen niet langer blind aannemen dat elke planeet bolvormig is. Voor nauwkeurige dichtheidsbepalingen en interne structuurmodellen moet de getijdevervorming expliciet worden meegenomen, zeker in extreme systemen met zeer korte omlooptijden. Het lijkt bovendien aannemelijk dat in bestaande datasets meer van dit soort uitgerekte objecten verstopt zitten, maar tot nu toe simpelweg als bollen zijn geïnterpreteerd. Heranalyse met nieuwe vormmodellen kan daar verandering in brengen. In bredere zin laat deze citroenvormige exoplaneet zien hoe creatief de natuur blijkt te zijn bij het bouwen van planeten, veel creatiever dan het nette rijtje van acht bijna keurige bollen in ons eigen zonnestelsel suggereert.