Erfassung der atmosphärischen Zusammensetzung von heißen Jupitern in geneigten und ausgerichteten Umlaufbahnen als Testumgebung für die Planetenbildung

Abstract

Die Entstehung von heißen Jupitern - Gasriesen, die sich auf sehr nahen Umlaufbahnen befinden - ist noch nicht vollständig geklärt. Die führenden Theorien können Planetenbildung an ihrer aktuellen Position nicht erklären, daher müssen sie weiter entfernt entstanden und nach innen gewandert sein. Dafür gibt es zwei Prozesse: (1) scheibengesteuerte Migration, wo der Planet innerhalb der protoplanetaren Scheibe wandert, und (2) die scheibenfreie Migration, bei der die Umlaufbahn später gestört wurde. Wir beobachteten eine kontrollierte Stichprobe an heißen Jupitern: Planeten auf ausgerichteter Umlaufbahn, die mit Hilfe des scheibengesteuerten Prozesses gewandert sind, während die Planeten mit geneigten Umlaufbahnen gestört wurden wie beschrieben in dem scheibenfreien Prozess. In diesem Fall unterscheidet sich die atmosphärische Zusammensetzung dieser zwei Planetenpopulationen, was sich in der Häufigkeit von kohlenstoff- und sauerstoffhaltigen Molekülen zeigt. Wir haben diese Stichprobe heißer Jupiter mit dem NIRSpec-Instrument des JWST beobachtet, welches empfindlich für die Absorptionsmerkmale von Molekülen wie Kohlendioxid und Wasserdampf ist. Wir finden Hinweise auf Unterschiede zwischen den beiden Stichproben, doch mit unseren Beobachtungen und der Mehrdeutig-keit unserer Modelle konnten wir diese Unterschiede nicht eingrenzen und somit keine statistische Signifikanz nachweisen. Auch wenn wir noch keine konkreten Unterschiede nachweisen konnten, handelte es sich hierbei um die ersten Tests dieser Art zur Planetenentstehung und -migration. Folgebeobachtungen sind geplant, um unsere Messungen zu verbessern. Darüber hinaus haben sich auf der Grundlage dieses Programms weitere internationale Kollaborationen gebildet, diese Forschung zu erweitern. The origins of hot Jupiters - gas giants orbiting their host star on very close-in orbits - are not yet fully understood. Following our current leading formation theories they cannot have formed at their current position and must have formed further away and migrated inwards. Two leading migration theories have emerged: (1) disc migration, where it moved within the disc and (2) disc-free migration, where the move was instigated by an external perturber. We proposed to observe a controlled sample of hot Jupiters where we can argue using planet formation theory that the aligned planets in our sample have migrated in a disc-driven process, while the misaligned planets were perturbed and moved into a closer orbit after the disc dissipated. In this case, the atmospheric composition of these two planet populations differs and that shows in the abundance of carbon- and oxygen-bearing molecules. We observed this sample of hot Jupiters with JWST's NIRSpec instrument, sensitive to the absorption features of molecules such as carbon dioxide and water vapour. We find tentative evidence for differences between the two samples, but with our current observations and degeneracies within our models we are unable to constrain these differences and we cannot provide statistical significance. While unable to place constraints now, these were the first planet formation and migration tests of this kind and follow-up observations are already planned to improve our measurements. In addition, multiple other international collaborations formed based on this program to expand the measurements in other directions.