I fokus står TOI‑1130b, en så kallad mini‑Neptun som kretsar kring en stjärna cirka 190 ljusår från jorden. Planeten far runt sitt värdsystem på bara några dagar och utsätts för extrem hetta. Ändå visar James Webb‑rymdteleskopets mätningar att dess atmosfär innehåller stora mängder vattenånga, tillsammans med tyngre molekyler som koldioxid och svaveldioxid. Det är oväntat, eftersom sådana ämnen är svåra att förklara om planeten alltid har befunnit sig så nära sin stjärna.
Ett ovanligt och dynamiskt rikt system
Det som gör TOI‑1130‑systemet särskilt spännande är att det rymmer två mycket olika planeter i relativt täta banor. Innerst finns mini‑Neptunen, medan en betydligt större planet i Jupiterstorlek kretsar strax längre ut. Denna typ av system är ovanlig, eftersom stora planeter ofta dominerar gravitationellt och gör sig av med mindre grannar.
– TOI‑1130 är ett ovanligt pussel, eftersom heta Jupitrar vanligtvis är ensamma. Deras gravitation är ofta så stark att den sprider bort närliggande planeter. Här ser vi i stället hur en mini‑Neptun överlever i det inre systemet, tack vare en speciell banarkitektur som håller planeterna tätt gravitationellt kopplade, berättar Judith Korth.
Att begränsa inåtmigration med hjälp av dynamik
En viktig fråga för forskarna var hur mini‑Neptunen kan ha bildats långt från sin stjärna och sedan vandrat inåt utan att vare sig förlora sin atmosfär eller få planetsystemet att falla isär. Svaret finns delvis i planeternas rörelser.
Judith Korth analyserade transitdata, de små variationer i stjärnljuset som uppstår när en planet passerar framför sin stjärna. I TOI‑1130‑systemet sker dessa passager inte helt regelbundet. I stället avslöjar små avvikelser hur planeterna påverkar varandra med sina gravitationskrafter.
En sådan lugn och gradvis inåtmigration är enligt forskarna en av de få processer som kan hålla två planeter i resonans under lång tid, utan att systemet destabiliseras.
– Att planeterna fortfarande rör sig på detta sätt, i kombination med den atmosfär rik på flyktiga ämnen, som nu har upptäckts hos mini‑Neptunen, pekar mot en försiktig resa inåt från bortom islinjen som den enda rimliga förklaringen, berättar Korth.
När atmosfär möter dynamik
Genom att kombinera James Webb‑rymdteleskopets detaljerade mätningar av planetatmosfären med dynamiska modeller av planeternas rörelser har forskarna kunnat knyta ihop planetens nuvarande utseende med dess dramatiska förflutna.
Här spelar analyser som Judith Korths en avgörande roll, genom att koppla samman atmosfäriska observationer med teorier om hur planeter bildas och utvecklas.
Sammantaget ger studien ny förståelse för hur vanliga exoplaneter som mini‑Neptuner kan födas, förändras och förflyttas över enorma avstånd. Den visar också vilken kraftfull kombination moderna rymdteleskop och avancerad dynamisk analys utgör i jakten på andra världars historia.
Judith Korth utförde detta arbete under sin tid vid Lunds universitet och är för närvarande affilierad med universitetet. Hon är numera postdoktoral forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias.
Läs den fullständiga forskningsartikeln i The Astrophysical Journal Letters.
Judith Korths profilsida i Lunds universitets forskningsportal.