V1298 Tau b is slechts 10 tot 30 miljoen jaar oud en heeft een ongewoon heldere en opgezwollen atmosfeer. De astronomen zagen sterke absorptiesignalen van moleculen als waterdamp, methaan, kooldioxide en koolmonoxide, en zelfs aanwijzingen voor complexe fotochemische processen, zoals voorzichtige detecties van zwaveldioxide (SO₂) en carbonylsulfide (OCS).

Metaalarm

Ondanks het rijke spectrum is de atmosfeer verrassend metaalarm - ongeveer 100 keer minder verrijkt dan volwassen sub-Neptunussen - wat suggereert dat de atmosfeer nog in ontwikkeling is en mettertijd metaalrijker kan worden. Een andere verrassing is het feit dat de planeet 100 keer minder methaan laat zien dan verwacht, wat het resultaat kan zijn van extreme interne hitte en sterke verticale menging in de atmosfeer.
 
Zulke hoge interne temperaturen komen niet overeen met standaard thermische evolutiemodellen voor planeten die kleiner zijn dan Neptunus. Deze resultaten vormen een sterke motivatie voor de onderzoekers om in vervolgstudies van jonge planeetatmosferen te onderzoeken hoe hun samenstelling in de loop van de tijd verandert.
 
De atmosfeer van V1298 Tau b is waarschijnlijk niet goed gemengd en zou metalliciteitsgradiënten kunnen vertonen, zoals in gasreuzen. Zwaardere elementen kunnen diep in de atmosfeer begraven liggen en in de loop van de tijd geleidelijk naar boven komen als de planeet afkoelt en evolueert. Dit zou een natuurlijke verklaring kunnen zijn voor zowel de lage waargenomen hoeveelheid zwaardere elementen als de hoge interne warmte, waardoor de waarnemingen in overeenstemming zijn met bestaande vormings- en evolutiemodellen.

Sub-Neptunussen

Saugata Barat: 'We hebben ontdekt dat V1298 Tau b een veel helderdere en metaalarmere atmosfeer en een heter inwendige heeft dan wat waarnemingen van sub-Neptunussen tot nu toe hebben laten zien. Dit suggereert dat evolutionaire processen nog steeds gaande zijn die de atmosferische samenstelling van deze planeet mogelijk zullen veranderen naarmate hij ouder wordt. Met de JWST-waarnemingen konden we de massa en atmosferische samenstelling nauwkeurig bepalen. We verkregen meerdere moleculaire absorptiekenmerken in het nabij-infrarood: H2O, CH4, SO2, CO2 en CO.'

Meer moleculen

Op basis van eerdere Hubble-waarnemingen hoopte het team waterdamp in de atmosfeer van de planeet te zien en mogelijk methaan. Maar met JWST konden ze niet alleen de hoeveelheden van deze twee moleculen meten, maar ook van andere koolstofhoudende moleculen (CO en CO2) en fotochemische producten zoals SO2 en OCS.  Jean-Michel Désert: 'Toen dit voorstel werd geschreven, was geen van deze moleculen, behalve water, met zekerheid gedetecteerd met lageresolutie-spectroscopie vanuit de ruimte.'
 
'Over het geheel genomen vormen deze bevindingen een uitdaging voor ons begrip van de manier waarop sub-Neptunus-planeten ontstaan en evolueren. We hebben aangetoond dat deze planeten in hun vroegste stadia een atmosfeer hebben die aanzienlijk verschilt van die van hun volwassen, miljarden jaren oude tegenhangers', concludeert Désert.
 
Na de resultaten van V1298 Tau b maakt het team nu (als medeonderzoekers) deel uit van een groot Cycle 3 JWST-programma waarin zeven jonge planeten van 20-200 miljoen jaar oud worden bekeken om te zien hoe de samenstelling van de atmosfeer evolueert met hun leeftijd.

Wetenschappelijk artikel

A metal-poor atmosphere with a hot interior for a young sub-Neptune progenitor: JWST/NIRSpec transmission spectrum of V1298 Tau b. Door: Saugata Barat, Jean-Michel Désert, Sagnick Mukherjee, Jayesh M. Goyal, Qiao Xue, Yui Kawashima, Allona Vazan, William Misener, Hilke E. Schlichting, Jonathan J. Fortney, Jacob L. Bean, Swaroop Avarsekar, Gregory W. Henry, Robin Baeyens, Michael R. Line, John H. Livingston, Trevor David, Erik A. Petigura, James T. Sikora, Hinna Shivkumar, Adina D. Feinstein en Antonija Oklopčić.