De term hete Jupiter klinkt bijna als een tegenstrijdigheid: hoe kan een planeet die lijkt op onze koude, verre reus Jupiter ook heet zijn? Toch is dit precies de juiste omschrijving voor een bijzondere klasse van exoplaneten die sinds de jaren negentig tot de verbeelding spreken. Een hete Jupiter is een gasreus met een massa en omvang vergelijkbaar met of groter dan die van Jupiter, maar die zich extreem dicht bij zijn moederster bevindt. Waar Jupiter in ons zonnestelsel 5 keer zo ver van de Zon staat als de Aarde, draaien hete Jupiters vaak dichter om hun ster dan Mercurius om de Zon. Daardoor worden ze blootgesteld aan intense straling en hitte, met oppervlaktetemperaturen die kunnen oplopen tot meer dan 1.000 graden Celsius.
De eerste ontdekking: 51 Pegasi b
Het idee dat zulke planeten konden bestaan, werd pas in 1995 werkelijkheid toen de Zwitserse astronomen Michel Mayor en Didier Queloz de planeet 51 Pegasi b ontdekten. Deze exoplaneet, die in minder dan 4 dagen rond zijn ster draait, had ongeveer de massa van Jupiter maar bevond zich tien keer dichter bij zijn ster dan Mercurius bij de Zon. De ontdekking werd gedaan met de radiale-snelheidsmethode, waarbij kleine wiebels in het spectrum van het sterlicht worden gemeten, veroorzaakt door de zwaartekracht van de planeet. Dat een gasreus zo dicht bij zijn ster kon bestaan, was een verrassing. Tot dan toe gingen astronomen er namelijk van uit dat planeetsystemen altijd zouden lijken op het onze, met de zware gasreuzen ver weg in de koude buitenste regionen. De vondst van 51 Pegasi b leverde een paradigmaverschuiving op: planeetvorming en -dynamiek bleken veelzijdiger dan ooit gedacht.
Kenmerken van hete Jupiters
- Afstand tot de ster
De meeste hete Jupiters bevinden zich op een afstand van slechts 0,01 tot 0,1 astronomische eenheden (AE) van hun ster. Ter vergelijking: de Aarde bevindt zich op 1 AE van de Zon. - Omlopen en synchronisatie
Door hun nabijheid hebben hete Jupiters vaak korte omlooptijden, meestal tussen 1 en 10 dagen. Veel zijn getijdenvergrendeld: de ene zijde is permanent naar de ster gericht, net zoals de Maan altijd dezelfde zijde naar de Aarde toont. Dat betekent een gloeiend hete dagzijde en een relatief koelere nachtzijde. - Temperatuur en atmosfeer
Hun temperaturen kunnen oplopen tot duizenden graden, afhankelijk van de intensiteit van de ster. Hierdoor kunnen hun atmosferen opzwellen en zelfs gedeeltelijk ontsnappen de ruimte in. Sommige hete Jupiters vertonen spectaculaire staarten van gas, zoals een komeet, doordat de straling van de ster waterstof en helium wegblazen. - Massa en straal
Hoewel ze qua massa vaak vergelijkbaar zijn met Jupiter, kunnen hun stralen aanzienlijk groter zijn. De warmte laat hun atmosfeer uitzetten, wat leidt tot zogeheten opgeblazen hete Jupiters. Zo’n planeet kan qua grootte bijna op Saturnus lijken, maar veel lichter en minder dicht zijn.
Hoe ontstaan hete Jupiters?
Een belangrijke vraag is hoe deze reuzenplaneten zo dicht bij hun sterren terechtkomen. Er zijn twee hoofdscenario’s:
- Migratie vanuit de buitenste regionen
Net als Jupiter zouden deze planeten oorspronkelijk zijn ontstaan in de koudere, buitenste delen van hun stelsel, waar ijs en gas in overvloed zijn. Door interacties met de protoplanetaire schijf of met andere planeten zouden ze langzaam naar binnen zijn gemigreerd. - Vroege dynamische instabiliteit
In sommige gevallen kunnen zwaartekrachtstoringen tussen planeten een gasreus in een grillige baan brengen die hem uiteindelijk heel dicht bij de ster brengt.
Welke van deze scenario’s dominant is, blijft onderwerp van discussie, maar de consensus is dat hete Jupiters niet ter plekke kunnen zijn ontstaan: te dicht bij de ster is het te warm voor gas om te condenseren tijdens de vormingsfase.
Waarom zijn hete Jupiters belangrijk?
Hun grote massa en korte banen maken hete Jupiters relatief eenvoudig te vinden. In de transitmethode veroorzaken ze diepe, regelmatige dips in het sterlicht. Met de radial velocity-methode zorgen ze voor duidelijke wiebels in het spectrum. Veel van de eerste exoplaneten die we ontdekten, waren daarom hete Jupiters. Omdat ze zo groot zijn en vaak transiteren, is hun atmosfeer relatief gemakkelijk te bestuderen. Met telescopen zoals de Hubble Space Telescope en de James Webb Space Telescope hebben astronomen gassen als waterdamp, natrium en zelfs koolmonoxide kunnen detecteren in hun atmosferen. Dit maakt hete Jupiters tot ideale oefenobjecten om technieken te verfijnen die later op kleinere, mogelijk leefbare planeten worden toegepast. Hete Jupiters hebben onze modellen van planeetvorming volledig op hun kop gezet. Hun bestaan laat zien dat planetenstelsels veel diverser zijn dan gedacht. Ze dwingen astronomen om flexibele modellen te ontwikkelen die niet alleen het zonnestelsel verklaren, maar ook exotische systemen met hete Jupiters, superaardes en mini-Neptunussen.
Zijn hete Jupiters leefbaar?
Hoewel de term “Jupiter” misschien aan gasreuzen met manen doet denken, zijn hete Jupiters zelf geen geschikte plekken voor leven zoals wij dat kennen. Hun extreme hitte, sterke straling en gebrek aan vast oppervlak maken ze ongeschikt. Wel wordt gespeculeerd dat manen rond hete Jupiters, mochten die bestaan en stabiel zijn, theoretisch een bewoonbare omgeving zouden kunnen bieden. Tot nu toe zijn zulke exomanen echter nog niet overtuigend waargenomen.
Overzicht artistieke impressies van enkele bekende hete Jupiters - Foto: NASA/ESA
