3 oktober 2022

Webb detecteert koolstofdioxide in atmosfeer exoplaneet

Een transmissiespectrum van de hete gasreus exoplaneet WASP-39 b, vastgelegd door Webbs NIRSpec. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

De James Webb Space Telescope heeft definitief bewijs gevonden voor de aanwezigheid van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer van een reuzenplaneet die rond een zonachtige ster draait op 700 lichtjaar van ons vandaan. Het resultaat verschaft belangrijke inzichten in de samenstelling en vorming van deze gasreus, en is een goede aanwijzing voor het vermogen van Webb om CO2 op te sporen en te meten in de dunnere atmosferen van kleinere rotsachtige planeten rond sterren buiten ons zonnestelsel. Het resultaat van de internationale groep van astronomen, onder wie Yamila Miguel (Sterrewacht Leiden, SRON) en Jean-Michel Désert (UvA), is geaccepteerd voor publicatie in Nature.

Het gaat om de planeet WASP-39 b, een hete gasreus met een massa van ongeveer een kwart van die van Jupiter (ongeveer even groot als Saturnus) en een diameter die 1,3 keer zo groot is als die van Jupiter. Dat hij zo extreem is opgezwollen houdt gedeeltelijk verband met zijn hoge temperatuur (ongeveer 900°C). In tegenstelling tot de koelere, compactere gasreuzen in ons zonnestelsel draait WASP-39 b zeer dicht om zijn ster – slechts ongeveer een achtste van de afstand tussen de zon en Mercurius – en legt hij één omloop af in iets meer dan vier dagen.

Gefilterd sterlicht

WASP-39 b beweegt vanaf de aarde gezien precies voor zijn ster langs. Tijdens zo’n planeetovergang wordt een beetje sterlicht door de planeet tegengehouden en een deel wordt via de atmosfeer van de planeet doorgelaten. De atmosfeer filtert sommige kleuren meer dan andere, afhankelijk van factoren zoals samenstelling, dikte en de aanwezigheid van wolken. Doordat verschillende gassen verschillende combinaties van kleuren absorberen, kunnen onderzoekers kleine verschillen in helderheid van het doorgelaten licht over een spectrum van golflengten analyseren om precies te bepalen waar een atmosfeer van gemaakt is. WASP-39 b een ideaal object voor transmissiespectroscopie omdat de atmosfeer is opgezwollen en de planeet vaak voor zijn ster langs beweegt. Het team gebruikte Webbs nabij-infraroodspectrograaf NIRSpec om de waarnemingen te doen.

Artistieke impressie van exoplaneet WASP-39 b, gebaseerd op de huidige kennis van de planeet. WASP-39 b is een hete, opgezwollen gasreus met een massa van 0,28 maal die van Jupiter (0,94 maal die van Saturnus) en een diameter die 1,3 maal zo groot is als die van Jupiter. De planeet draait in een baan die slechts 0,0486 astronomische eenheden van zijn moederster is verwijderd. De ster, WASP-39, is een fractie kleiner en minder zwaar dan de zon. Omdat hij zo dicht bij zijn ster staat, is WASP-39 b erg heet en is door getijdenwerking waarschijnlijk één kant altijd naar de ster gericht. De NIRSpec-data tonen ondubbelzinnig bewijs voor koolstofdioxide in de atmosfeer, terwijl eerdere waarnemingen van Hubble, Spitzer, en andere telescopen ook wijzen op de aanwezigheid van waterdamp, natrium, en kalium. De planeet heeft waarschijnlijk wolken en een of andere vorm van weer, maar heeft misschien geen atmosferische banden zoals op Jupiter en Saturnus. De illustratie is gebaseerd op indirecte waarnemingen van Webb en andere telescopen. Webb heeft geen directe opname van deze planeet gemaakt. Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).

Eerste duidelijke detectie van kooldioxide

De onderzoekers zien het eerste, duidelijke, gedetailleerde en onweerlegbare bewijs voor koolstofdioxide bij een planeet buiten het zonnestelsel als een goed voorteken voor de detectie op kleinere, rotsachtige planeten. Natalie Batalha van de Universiteit van Californië in Santa Cruz, VS, die leidinggeeft aan het team onderzoekers dat met Webb deze zogeheten ‘transiting’ exoplaneten bestudeert: “Zelfs zonder de robuuste kooldioxide-eigenschap zou dit spectrum opmerkelijk zijn. Geen enkel observatorium heeft ooit eerder zulke subtiele verschillen in helderheid gemeten van zoveel afzonderlijke kleuren in het 3 tot 5,5 micron-bereik in het transmissiespectrum van een exoplaneet. Toegang tot dit deel van het spectrum is van cruciaal belang voor het meten van concentraties gassen als water, methaan, en kooldioxide, waarvan wordt aangenomen dat ze in veel verschillende soorten exoplaneten voorkomen.”

“Inzicht in de samenstelling van de atmosfeer van een planeet is belangrijk omdat het ons iets vertelt over de oorsprong van de planeet en hoe hij is geëvolueerd”, voegt coauteur Yamila Miguel toe, die aan modellen en het interpreteren van de data heeft gewerkt. Jean-Michel Désert: “Door deze kooldioxide-eigenschap te meten, kunnen we bepalen hoeveel vast en hoeveel gasvormig materiaal is gebruikt om deze gasreus te vormen. In het komende decennium zal Webb dit soort metingen doen aan verschillende soorten planeten. Zo krijgen we meer inzicht in het vormingsproces van planeten en de vraag of ons eigen zonnestelsel uniek is.”

Een reeks lichtkrommen van NIRSpec) toont de variatie in de tijd in de helderheid van drie verschillende golflengten (kleuren) licht van het WASP-39-stersysteem toen de planeet op 10 juli 2022 om de ster draaide. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

Early Release Science

De NIRSpec-waarnemingen van WASP-39 b zijn onderdeel van een groter onderzoek waarbinnen verschillende andere methoden en instrumenten zijn gebruikt, ook voor de waarnemingen van twee andere planeten die voor hun ster langs schuiven. Het onderzoek maakt deel uit van het Early Release Science-programma, dat is opgezet om de exoplaneet-onderzoeksgemeenschap zo snel mogelijk van Webb-gegevens te voorzien. “Het doel is om de Early Release Science-waarnemingen onmiddellijk te analyseren en instrumenten te ontwikkelen waarmee iedereen in de toekomst Webb-gegevens kan analyseren”, legt coauteur Vivien Parmentier van de Universiteit van Oxford uit. “Dit zorgt ervoor dat de beste wetenschap uit de waarnemingen zal voortkomen.”

Lees ook de interessante serie tweets in het bericht hieronder over de vondst van kooldioxide in de atmosfeer van WASP-39 b.

Bron: Astronomie.nl.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: