Exoplaneet LHS 1140b blijkt kolossale waterwereld

Angele van Oosterom

3 jaar geleden

Een exoplaneet die mogelijk 80 x meer water bevat dan onze aarde en een oceaan bezit van honderden kilometers diep is recent geïdentificeerd door een internationaal team van astronomen o.l.v. van Jorge Lillo-Box, verbonden aan het Madrileense Centro de Astrobiología. De exoplaneet bevindt zich in het planetair systeem LHS 1140, op 40 lichtjaren (10,5 parsec) afstand. De ouderster, LHS 1140 is een rode dwerg in het sterrenbeeld Cetus, meer dan 5 miljard jaar oud en heeft 15% van de massa van de zon. Met behulp van HARPS’s data (de High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) en de inmiddels gepensioneerde Spitzer Space-telescoop – ontdekte men in 2017 dat deze koele dwergster, opp.vlakte temperatuur rond de 2100 tot 3400 graden Celsius, twee exoplaneten herbergde, LHS 1140c en LHS 1140b. Beide exoplaneten bezitten rotsachtige composities, de binnenplaneet, LHS 1140c, heeft een omlooptijd rond zijn ster van slechts 3.8 dagen. De andere exoplaneet, LHS 1140b, met een omlooptijd van 24 dagen, bleek net binnen de bewoonbare zone te vallen, (ook wel ‘habitable zone’ of HZ genoemd, het gebied binnen een planetenstelsel op een dergelijke afstand van de ster dat er leven mogelijk is zoals dat voorkomt op de aarde, een van de criteria is water aan het oppervlak). Astronomen, afkomstig van het Remote Worlds Lab, het Franse Laboratoire d’Astrophysique de Marseille en het Spaanse Centro de Astrobiología, gingen de afgelopen jaren enthousiast door met het verzamelen van nog meer data over dit systeem, en voegden er gegevens aan toe van ESO’s ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations) en TESS. Het team was in staat om 113 nieuwe zeer nauwkeurige radiale snelheidswaarnemingen te verzamelen in een tijdsspanne van anderhalf jaar, een verdubbeling van de hoeveelheid gegevens die aanvankelijk met HARPS werd verkregen.

Artistieke impressie waterwereld LHS 1140b Credits; R.Hurt, IPAC/NASA,JPL-Caltech

Na een uitgebreide analyse van de twee datasets (HARPS en ESPRESSO), onderzocht het team vervolgens de nieuwe TESS-fotometriegegevens van de twee exoplaneten, die vier nieuwe transits van LHS 1140c en één nieuwe transit van LHS 1140b hadden vastgelegd. In combinatie met verschillende computersimulaties van planeten. en orbitale configuraties, kon het team onderscheiden dat de binnenplaneet, LHS 1140c, niet alleen minder massief is, maar ook een enorme kern heeft die tweemaal zo groot is als die van de aarde (de kern van de aarde maakt 32 procent uit van de totale massa), met nog eens 40 procent van zijn massa opgeslagen in de mantel. LHS 1140b daarentegen is half kern en half mantel. Maar het grootste verschil tussen de twee exoplaneten is het watergehalte. Ter vergelijk; hoewel de oceanen 71 procent van het aardoppervlak beslaan, beslaan ze slechts 0,02 procent van de totale massa van onze planeet. Voor LHS 1140c is minder dan 0,006 procent van de massa te wijten aan water, maar voor de superaarde LHS 1140b suggereren massa/straalberekeningen dat maar liefst vier procent van de massa van de planeet uit water bestaat, wat zou kunnen overeenkomen met een zeer diepe oceaan, een laag van ± 650 kilometer. Het 22 pagina tellende wetenschappelijk artikel van het onderzoek is recent gepubliceerd in Astronomy and Astrophysics.*

In de scifi film Interstellar bezoekt Matthew McConaughey en zijn collega-astronauten een ogenschijnlijk ‘gastvrije’ exoplaneet, met veel water en een verafgelegen hoge bergketen. Die bergen blijken echter een 1,2 kilometer hoge golf te zijn, veroorzaakt door de nabijheid van de planeet tot Gargantua, het zwarte gat dat in de film te zien is. Zou deze LHS 1140b kunnen worden geclassificeerd als een kolossale waterwereld in een ander planetenstelsel? Het bewijs dat we hebben verzameld en geanalyseerd toont dit, aldus Lillo-Box op de YouTube-video. En het LHS1140-systeem herbergt nog meer interessants. De radiale snelheden suggereren ook de aanwezigheid van een derde planeet in het systeem, net voorbij de bewoonbare zone (HZ) met een omlooptijd van 79 dagen. Hoewel de detectie van het signaal duidelijk is, zo stelt Lillo-Box, past het model met drie planeten echter niet helemaal bij de huidige gegevens. En helaas zullen de transits van deze kandidaat-exoplaneet, die zich op de grens tussen die van een superaarde en een mini-Neptunus bevindt, niet zichtbaar zijn bij de herobservatie van deze ster in TESS-cyclus 3. Verder suggereert het team ook nog dat de binnenste planeet misschien een baan deelt met een andere planeet; een fenomeen dat bekend staat als co-orbitale werelden. In de astronomie is een co-orbitale configuratie een configuratie van twee of meer astronomische objecten (zoals manen of planeten) die gevangen zitten in zwaartekrachtstabiele gebieden.

Hoewel het onderzoek geen bewijs vond voor zo een co-orbitale configuratie betreffende LHS 1140b, vonden Lillo-Box en collega’s wel signalen die er op wezen dat dit mogelijk bij zijn kleinere buurplaneet LHS 1140c wel het geval zou kunnen zijn en dan rond zijn Lagrange-punt ‘L4’, (Lagrange-punten zijn posities in de ruimte waar de zwaartekrachten van een systeem met twee hemellichamen versterkte gebieden van aantrekking en afstoting produceren, de twee objecten behouden zo een vaste relatieve positie t.o.v. elkaar.) Dit werd ondersteund met TESS-gegevens die een verduistering van de lichtcurve voor de planeet op deze exacte positie lieten zien, wat nog eens extra duidt op het bestaan van een co-orbitale metgezel voor LHS 1140c. Dit zou een primeur zijn, daar co-orbitale planeten wel zijn getheoretiseerd, maar tot nu toe is nooit eerder zo een configuratie ontdekt. Meer over exoplaneet-waterwerelden, zie AB**.Bron; Room.eu

_{*https://arxiv.org/pdf/2010.06928.pdf}

_{**https://www.astroblogs.nl/2018/08/21/meer-waterwerelden-onder-exoplaneten/}

Gerelateerde Astroblogs: