Ett internationellt team av astronomer, inklusive en grupp från University of Warwick, har upptäckt den första Ultra Hot Neptune-planeten som kretsar kring den närliggande stjärnan LTT 9779.

Världen kretsar så nära sin stjärna att dess år bara varar i 19 timmar, vilket betyder att stjärnstrålningen värmer planeten till över 1700 grader Celsius.

Vid dessa temperaturer, tunga grundämnen som järn kan joniseras i atmosfären och molekyler disassocieras, tillhandahåller ett unikt laboratorium för att studera kemin hos planeter utanför solsystemet.

Även om världen väger dubbelt så mycket som Neptunus gör, den är också något större och har därför en liknande densitet. Därför, LTT 9779b bör ha en enorm kärna på cirka 28 jordmassor, och en atmosfär som utgör cirka 9% av den totala planetariska massan.

Systemet i sig är ungefär hälften av solens ålder, 2 miljarder år gammal, och med tanke på den intensiva bestrålningen, en Neptunus-liknande planet skulle inte förväntas behålla sin atmosfär så länge, tillhandahålla ett spännande pussel att lösa; hur ett så osannolikt system kom till.

LTT 9779 är en solliknande stjärna som ligger på ett avstånd av 260 ljusår, ett stenkast i astronomiska termer. Den är supermetallrik, har dubbelt så mycket järn i atmosfären än solen. Detta kan vara en nyckelindikator på att planeten ursprungligen var en mycket större gasjätte, eftersom dessa kroppar företrädesvis bildas nära stjärnor med de högsta järnmängderna.

De första indikationerna på planetens existens gjordes med hjälp av Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som en del av sitt uppdrag att upptäcka små transitplaneter som kretsar i närheten och ljusa stjärnor över hela himlen. Sådana transiter hittas när en planet passerar direkt framför sin moderstjärna, blockerar en del av stjärnljuset, och mängden ljus som blockeras avslöjar följeslagarens storlek. Världar som dessa, när väl bekräftats, kan tillåta astronomer att undersöka deras atmosfärer, ger en djupare förståelse för planetbildning och evolutionsprocesser.

Transitsignalen bekräftades snabbt i början av november 2018 som härrörande från en planetarisk masskropp, med hjälp av observationer gjorda med instrumentet High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher (HARPS), monterad på 3,6 m-teleskopet vid ESO la Silla-observatoriet i norra Chile. HARPS använder Doppler Wobble-metoden för att mäta planetmassor och orbitalegenskaper som period. När föremål hittas på väg, Dopplermätningar kan organiseras för att bekräfta den planetariska naturen på ett effektivt sätt. När det gäller LTT 9779b, teamet kunde bekräfta planetens verklighet efter bara en veckas observationer.

University of Warwick är en ledande institution inom Next-Generation Transit Survey (NGTS) konsortiet, vars teleskop vid Paranal i Chile gjorde uppföljande observationer för att bekräfta upptäckten av planeten. Dr. George King vid University of Warwicks fysikavdelning arbetade med analysen av fynden.

Han sa:"Vi var mycket nöjda när våra NGTS-teleskop bekräftade transitsignalen från denna spännande nya planet. Dippningen i ljusstyrka är bara två tiondelar av en procent, och väldigt få teleskop kan göra så exakta mätningar."

Professor James Jenkins från institutionen för astronomi vid Universidad de Chile som ledde teamet sa:"Upptäckten av LTT 9779b så tidigt i TESS-uppdraget var en fullständig överraskning; en chansning som gav resultat. Majoriteten av transithändelserna med mindre perioder än en dag valde att vara falskt positiva, normalt bakgrundsförmörkande binära stjärnor."

LTT 9779b är verkligen ett sällsynt odjur, existerar i en glest befolkad region av planetparameterrymden. "Planeten finns i något som kallas "Neptunusöknen", en region som saknar planeter när vi tittar på populationen av planetmassor och storlekar. Även om isiga jättar verkar vara en ganska vanlig biprodukt av planetbildningsprocessen, detta är inte fallet mycket nära deras stjärnor. Vi tror att dessa planeter blir fråntagna sina atmosfärer över kosmisk tid, slutar som så kallade ultrakorta periodplaneter." förklarade Jenkins.

Beräkningar av Dr. King bekräftade att atmosfären i LTT 9779b borde ha tagits bort från sin atmosfär genom en process som kallas fotoevaporation. Han sa:"Intensiv röntgen och ultraviolett strålning från den unga moderstjärnan kommer att ha värmt upp planetens övre atmosfär och borde ha drivit atmosfärsgaserna ut i rymden." Å andra sidan, Dr. Kings beräkningar visade att det inte fanns tillräckligt med röntgenuppvärmning för att LTT 9779b skulle ha börjat som en mycket mer massiv gasjätte. "Fotoförångning borde ha resulterat i antingen en kal sten eller en gasjätte, " förklarade han. "Vilket betyder att det måste finnas något nytt och ovanligt som vi måste försöka förklara om denna planets historia."

Professor Jenkins anmärkte:"Planetära strukturmodeller säger oss att planeten är en gigantisk kärndominerad värld, men avgörande, det borde finnas två till tre jordmassor av atmosfärisk gas. Men om stjärnan är så gammal, varför finns det någon atmosfär överhuvudtaget? Väl, om LTT 9779b började livet som en gasjätte, då kunde en process som kallas Roche Lobe Overflow ha överfört betydande mängder av den atmosfäriska gasen till stjärnan."

Roche Lobe Overflow är en process där en planet kommer så nära sin stjärna att stjärnans starkare gravitation kan fånga planetens yttre skikt, vilket får den att överföras till stjärnan och så avsevärt minska planetens massa. Modeller förutsäger resultat liknande det för LTT 9779-systemet, men de kräver också lite finjustering.

"Det kan också vara så att LTT 9779b anlände till sin nuvarande omloppsbana ganska sent på dagen, och har alltså inte hunnit bli fråntagen atmosfären. Kollisioner med andra planeter i systemet kunde ha kastat den inåt mot stjärnan. Verkligen, eftersom det är en så unik och sällsynt värld, mer exotiska scenarier kan vara rimliga." tillade Jenkins.

Eftersom planeten verkar ha en betydande atmosfär, och att den kretsar runt en relativt ljus stjärna, framtida studier av den planetariska atmosfären kan låsa upp några av mysterierna relaterade till hur sådana planeter bildas, hur de utvecklas, och detaljerna om vad de är gjorda av. Jenkins avslutade:"Planeten är väldigt varm, som motiverar ett sökande efter grundämnen tyngre än väte och helium, tillsammans med joniserade atomkärnor. Det är nykter att tänka att denna "osannolika planet" sannolikt är så sällsynt att vi inte kommer att hitta ett annat laboratorium som liknar det för att studera naturen hos Ultra Hot Neptunes i detalj. Därför, vi måste utvinna varje uns av kunskap som vi kan från den här diamanten, observera det med både rymdbaserade och markbaserade instrument under de kommande åren."

"An Ultra Hot Neptune in the Neptune Desert" publiceras i Natur astronomi .