Vergeet de lente en herfst. De planeet KELT-9b kent enkel winter en zomer.

En dat is slechts één van de opmerkelijke conclusies die wetenschappers kunnen trekken nu ze misschien wel één van de vreemdste planetaire systemen ooit nader onder de loep hebben genomen. We hebben het over de ster KELT-9 en zijn planeet KELT-9b, die beiden de boeken ingaan als – en dat is nog zachtjes uitgedrukt – uiterst eigenaardig.

Over de planeet
KELT-9b werd in 2017 ontdekt en cirkelt op 670 lichtjaar afstand van de aarde om KELT-9 heen. De planeet is ongeveer 1,8 keer groter dan Jupiter en staat zo dicht bij zijn moederster dat deze slechts 36 uur nodig heeft om een rondje om de ster te voltooien.


Mede doordat de afstand tussen de ster en planeet zo klein is, liggen de temperaturen op KELT-9b heel hoog. Aan de dagzijde – de zijde van de planeet die door synchrone rotatie continu op de moederster gericht is – lopen de temperaturen op tot wel 4300 graden Celsius. En daarmee is de planeet zelfs warmer dan sommige sterren! Eerder dit jaar wees onderzoek met behulp van ruimtetelescoop Spitzer uit dat die temperaturen zelfs moleculen op de planeet te ver gaan; zij worden door de warmte letterlijk uiteengerukt!

Een artistieke impressie van KELT-9 en KELT-9b. In het systeem is sprake van synchrone rotatie. De tijd die de planeet nodig heeft om een rondje om de eigen as te voltooien, komt overeen met de tijd die deze nodig heeft om een rondje om KELT-9 te maken. Dat betekent dat altijd dezelfde zijde van de planeet op de ster gericht is. Deze zijde is dan ook het warmst en wordt de dagzijde genoemd. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Temperatuurverschillen op de ster
Alsof dat allemaal nog niet bijzonder genoeg is, hebben onderzoekers nu dus ontdekt dat het systeem nog meer opmerkelijke eigenschappen heeft. Zo blijkt de ster – die ongeveer twee keer groter en 56 procent warmer is dan onze zon – maar liefst 38 keer sneller te draaien dan onze moederster. Dat betekent dat de ster in 16 uur tijd een rondje om de eigen as kan voltooien. Doordat de ster zo snel draait, wordt deze – overdreven gezegd – wat ovaalvormig: de polen worden als het ware ingeduwd en het middelste deel van de ster wordt breder. Dat zorgt er vervolgens weer voor dat de polen opwarmen (en helder worden), terwijl het gebied rond de evenaar van de ster afkoelt en dimt. Het resulteert in een enorm temperatuurverschil tussen de polen en het gebied rond de evenaar dat wel op kan lopen tot 1500 graden Celsius!

Kortstondige seizoenen
En dat heeft ook invloed op de planeet. De omloopbaan van KELT-9b voert deze namelijk over het gebied nabij de evenaar én over de polen. Het resultaat is dat deze de temperatuurverschillen op het oppervlak van de ster volledig meekrijgt. Elke keer als de planeet over de polen beweegt, loopt de temperatuur op en maakt deze een ‘zomer’ door. Terwijl een beweging over de evenaar resulteert in relatief lagere temperaturen en dus een ‘winters’ seizoen. Aangezien de planeet iets minder dan 36 uur nodig heeft om een rondje rond de ster te voltooien, doorloopt deze in ongeveer anderhalve dag dus vier seizoenen: twee zomers en twee winters. En elk seizoen duurt ongeveer negen uur.


Atmosfeer
“Het is intrigerend om na te denken over hoe de temperatuursverschillen op de ster van invloed zijn op de planeet,” stelt onderzoeker Knicole Colón, verbonden aan NASA’s Goddard Space Flight Center. “De variaties in de hoeveelheid energie die de planeet van de ster ontvangt, moeten leiden tot een extreem dynamische atmosfeer.” Die atmosfeer is overigens sowieso aan grote veranderingen onderhevig. Zo toonden onderzoekers eerder al aan dat de hoge temperaturen op KELT-9b ertoe leiden dat de atmosfeer gaat ‘koken’ en in de ruimte ontsnapt. In 2018 schatten onderzoekers nog in dat de atmosfeer van KELT-9b op deze wijze per seconde meer dan 100.000 ton waterstof verliest.

Lastig te bestuderen
“KELT-9b is echt heel gek,” stelt onderzoeker John Ahlers, verbonden aan NASA’s Goddard Space Flight Center. “Het is een enorme planeet in een nauwe, bijna polaire baan om een snel roterende ster en al die eigenschappen maken het lastiger om de ster en de effecten die deze op de planeet heeft, te doorgronden.”

KELT-9b werd ontdekt met behulp van de transit-methode. Hierbij wordt er langdurig naar sterren gekeken, in de hoop dat de helderheid ervan regelmatig afneemt. Zo’n afname in helderheid kan namelijk wijzen op de aanwezigheid van een planeet die zo af en toe tussen de ster en ons in staat en daarbij een deel van het sterlicht tegenhoudt. Met behulp van deze methode kun je normaliter ook meer over de ster en planeet en zijn atmosfeer te weten komen. Maar zoals Ahlers al opmerkte, is dat bij KELT-9 allemaal wat lastiger. Zo varieert de helderheid van de ster flink, doordat de polen veel warmer zijn dan het gebied nabij de evenaar. En dan heb je ook nog te maken met een planeet met een bijzondere omloopbaan, die het hemellichaam zowel over die evenaar als de polen voert. Dat het onderzoekers nu toch gelukt is om meer over KELT-9 en KELT-9b te weten te komen, is te danken aan TESS. Deze observeerde KELT-9 tussen 18 juli en 11 september 2019 heel intensief. De planetenjager zag KELT-9b 27 keer voor KELT-9 langs bewegen en voerde elke twee minuten metingen uit. En onthult zo dus dat het systeem nog veel vreemder is dan we dachten.