9 december 2022

Zwaarste element tot nu toe gedetecteerd in atmosfeer exoplaneet

Artist’s impression van een ultrahete Jupiter die voor zijn ster langs schuift. Credit; ESO/M. Kornmesser.

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben astronomen het zwaarste element ontdekt dat ooit in de atmosfeer van een exoplaneet is aangetroffen: barium. Tot hun verrassing ontdekten zij dit element op grote hoogte in de atmosfeer van de ultrahete gasreuzen WASP-76 b en WASP-121 b – twee exoplaneten, planeten die om sterren buiten ons zonnestelsel draaien. De onverwachte ontdekking roept vragen op over hoe deze exotische atmosferen eruit kunnen zien.

‘Het raadselachtige en contra-intuïtieve is: waarom zit er zo’n zwaar element in de bovenste lagen van de atmosfeer van deze planeten?’, zegt Tomás Azevedo Silva, promovendus aan de Universiteit van Porto en het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portugal, die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd.

WASP-76 b en WASP-121 b zijn geen gewone exoplaneten. Beide staan bekend als ultrahete Jupiters, omdat ze qua grootte vergelijkbaar zijn met Jupiter, terwijl ze extreem hoge oppervlaktetemperaturen van meer dan 1000 °C hebben. Dit is te danken aan de nabijheid van hun moederster, waar ze in slechts één tot twee dagen omheen draaien. Dit geeft deze planeten nogal exotische kenmerken: astronomen vermoeden bijvoorbeeld dat het op WASP-76 b ijzer regent.

Maar desondanks waren de wetenschappers verrast om barium, dat 2,5 keer zo zwaar is als ijzer, aan te treffen in de hoge atmosferen van WASP-76 b en WASP-121 b. ‘Gezien de sterke zwaartekracht van deze planeten zouden we verwachten dat zware elementen zoals barium snel naar de onderste lagen van de atmosfeer zouden zakken,’ legt medeauteur Olivier Demangeon, eveneens onderzoeker aan de Universiteit van Porto en IA, uit.

Artist’s impression van de nachtzijde van WASP-76b. Credit: ESO/M. Kornmesser.

‘Dit was in zekere zin een ’toevallige’ ontdekking,’ zegt Azevedo Silva. ‘We verwachtten of zochten niet specifiek naar barium en we moesten controleren of deze signatuur daadwerkelijk van de planeet afkomstig was, aangezien het nog nooit eerder bij een exoplaneet was gezien.’

Het feit dat barium is ontdekt in de atmosferen van beide ultrahete Jupiters wijst erop dat deze categorie planeten misschien nog vreemder is dan al werd gedacht. Hoewel barium af en toe aan onze eigen hemel te zien is, als de felgroene kleur in vuurwerk, vragen wetenschappers zich af welk natuurlijk proces dit zware element op zulke grote hoogten in deze exoplaneten kan veroorzaken. ‘Op dit moment weten we niet zeker wat de mechanismen zijn,’ zegt Demangeon.

Voor het onderzoek van de atmosferen van exoplaneten zijn ultrahete Jupiters uiterst nuttig. ‘Omdat ze gasvormig en heet zijn, zijn hun atmosferen zeer uitgestrekt en dus gemakkelijker waarneembaar dan die van kleinere of koelere planeten’, legt Demangeon uit.

Het bepalen van de samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet vereist zeer gespecialiseerde apparatuur. Het team gebruikte het ESPRESSO-instrument op ESO’s VLT in Chili om sterlicht te analyseren dat was gefilterd door de atmosferen van WASP-76 b en WASP-121 b. Hierdoor konden verschillende elementen, waaronder dus barium, duidelijk worden gedetecteerd.

Deze nieuwe resultaten tonen aan dat we nog maar aan het begin staan van de mysteries van exoplaneten. Met toekomstige instrumenten zoals de hoge-resolutie ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), waarmee de komende Extremely Large Telescope (ELT) van ESO zal worden uitgerust, zullen astronomen de atmosferen van grote en kleine exoplaneten, waaronder die van rotsachtige planeten die op de aarde lijken, veel grondiger kunnen bestuderen en meer aanwijzingen kunnen verzamelen over de aard van deze vreemde werelden. Bron: ESO.

Comments

  1. “… Barium, dat 2,5 keer zo zwaar is als IJzer…”

    Ahum, slechts het atoom-Ba is zo’n 2,5x zwaarder dan het Fe-atoom. (137.3 tegen 55.8 althans op Aarde)
    Dat betekent slechts dat Barium afkomstig is van een Supernova.

    Op Aarde is Barium te vinden in de aardkorst net als IJzer-afzettingen (oer). Maar de kern van onze planeet bestaat uit IJzer en Nikkel, niet uit Barium meen ik me te herinneren.
    Barium en Bariumverbindingen zullen in ‘hoogovens’ (als dit soort planeten zijn,) wel bovenop drijven als rots(solid) of als een meertje(liquid). In onze aardse hoogovens drijven allerlei ongerechtigheden boven als een soort van slakken.

    Het smeltpunt en kookpunt van Barium liggen ook beduidend lager dan die van IJzer.
    Volgens mij is het dan ook niet verwonderlijk dat bij zulke hoge temperaturen als deze ultrahete gasreuzen dit element in de atmosfeer zit, maar wel dat het zoveel is dat het kan worden aangetoond.
    (Ik heb alleen de samenvatting van het ‘Astronomy & Astrophysics’ gelezen, maar het staat er vast in hoeveel(!) het is. )

    Groet, Paul

    Nb ze hebben er ook Strontium(Sr) gevonden. ‘Slechts’ 1,5 maal de atoommassa.

  2. Ben Dijkhuis zegt

    Kan het niet zijn dat hier sprake is van een bariumverbinding? En niet als metaal, bariumchloride BaCl2 heeft een kookpunt van 1560 graden C. Het zou in gasvorm bij hevige beroering in de atmosfeer gemengd kunnen zijn.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: