Astronomen hebben met behulp van het W.M. Keck Observatory op Maunakea, Hawaï, het grootste onderzoek tot nu toe uitgevoerd naar de rotatiesnelheden van exoplaneten en bruine dwergen. Het onderzoek bevestigt een langverwachte relatie tussen de massa van een hemellichaam en hoe snel het om zijn as draait, wat nieuw licht werpt op hoe planeten ontstaan.
Gasreuzen draaien sneller dan bruine dwergen
Het onderzoeksteam, geleid door Northwestern University, mat de rotatiesnelheden van 32 gasreuzen en bruine dwergen in verre sterrenstelsels. Daarnaast analyseerden ze historische data van 43 stellaire en substellaire begeleiders en 54 vrij zwevende bruine dwergen. De resultaten tonen aan dat gasreuzenplaneten significant sneller draaien dan hun zwaardere tegenhangers wanneer rekening wordt gehouden met massa, grootte en leeftijd.
"Rotatie is een fossiel overschot van hoe een planeet is gevormd," verklaarde hoofdauteur Dino Chih-Chun Hsu van Northwestern University in een keckobservatory.org. "Door te meten hoe snel deze werelden draaien, kunnen we de fysische processen beginnen te reconstrueren die hen tientallen tot honderden miljoenen jaren geleden hebben gevormd."
Geavanceerde technologie maakt metingen mogelijk
De astronomen gebruikten het Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) instrument om licht van verre planeten te isoleren en details in hun atmosferen te meten. Volgens universetoday.com verbreden atmosferische kenmerken in het spectrum wanneer deze verre werelden roteren. Door deze verbreding te analyseren, kunnen wetenschappers bepalen hoe snel een planeet draait.
Veel van de onderzochte planeten bevinden zich op tientallen tot honderden astronomische eenheden (de afstand tussen de aarde en de zon) van hun moederster. Deze extreme afstanden maken het voor astronomen uitdagend om te bepalen hoe deze werelden zijn ontstaan.
Onderscheid tussen planeten en 'mislukte sterren'
Het onderzoek helpt ook bij het oplossen van een langdurig probleem in de astronomie: het onderscheid maken tussen gasreuzenplaneten en bruine dwergen. Bruine dwergen worden vaak "mislukte sterren" genoemd omdat ze te massief zijn om als planeet te worden beschouwd, maar te klein om kernfusie op gang te brengen zoals echte sterren.
Volgens bigislandnow.com hebben jonge gasreuzenplaneten en bruine dwergen vaak vergelijkbare helderheid, temperaturen en atmosferische kenmerken, waardoor ze moeilijk van elkaar te onderscheiden zijn. De nieuwe bevindingen suggereren dat rotatiemetingen een betrouwbare methode kunnen zijn om deze objecten te classificeren.
Inzicht in planetaire vorming
De resultaten ondersteunen de theorie dat gasreuzenplaneten en bruine dwergen via verschillende processen ontstaan en evolueren. In ons eigen zonnestelsel draaien Jupiter en Saturnus beide snel, met een volledige rotatie in ongeveer tien uur. Samen bevatten ze een aanzienlijk deel van de totale rotatie-energie van het zonnestelsel.
Het onderzoeksteam bestond uit wetenschappers van meerdere instellingen, waaronder het Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) van Northwestern University, het Center for Astrophysics and Space Sciences van UC San Diego, de Division of Geological & Planetary Sciences van Caltech, en NASA's Jet Propulsion Laboratory. De studie is gepubliceerd in astrobiology.com.
Betekenis voor toekomstig onderzoek
"Met KPIC kunnen we deze kleine signalen detecteren die de rotatie van een planeet rond andere nabije sterren onthullen," aldus Hsu. De techniek opent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van exoplaneten die te ver van hun moederster staan om met traditionele methoden te worden waargenomen.
Het onderzoek vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van planetaire formatie. Door de rotatiesnelheden van tientallen hemellichamen te vergelijken, hebben astronomen voor het eerst op grote schaal kunnen bevestigen wat theoretische modellen al decennia voorspelden: dat er een fundamenteel verband bestaat tussen de massa van een hemellichaam en hoe snel het draait.
De bevindingen kunnen astronomen helpen om beter te begrijpen welke fysische processen planeten vormden in de vroege geschiedenis van sterrenstelsels, en hoe deze processen verschillen van de mechanismen die bruine dwergen creëren.