De James Webb-ruimtetelescoop heeft de eerste duidelijke bewijzen gevonden voor de aanwezigheid van koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer van een exoplaneet, een planeet buiten ons zonnestelsel. Dat gebeurde door een passage te observeren - een fenomeen waarbij een planeet vanop aarde gezien voorbij haar ster trekt - van de hete gasreus WASP-39 b. Volgens de onderzoekers is de bevinding een aanwijzing voor het unieke vermogen van Webb om CO2 ook op te sporen en te meten in de dunnere atmosfeer van kleinere, terrestrische planeten, planeten met een oppervlak van vast gesteente.
Voor het eerst ontdekt Webb-telescoop CO2 in de atmosfeer van planeet buiten ons zonnestelsel
Luc De Roy
Gepubliceerd:
WASP-39 b is een hete gasreus in een baan rond een ster die op onze zon gelijkt en op 700 lichtjaar van ons staat. De planeet heeft een massa die ongeveer gelijk is aan die van Saturnus, zowat een kwart van de massa van Jupiter, maar ze heeft een diameter die 1,3 keer groter is dan die van Jupiter.
Het feit dat de planeet zo extreem opgezwollen is, heeft voor een deel te maken met haar hoge temperatuur, zo'n 900 graden Celsius. In tegenstelling met de koelere, meer compacte gasreuzen in ons zonnestelsel staat WASP-39 b erg dicht bij haar ster - slechts een achtste van de afstand tussen de zon en Mercurius, de planeet die het dichtst bij onze zon staat. WASP-39 b doet slechts iets meer dan vier aardedagen over een volledige baan rond haar ster.
De ontdekking van de planeet, die bekendgemaakt werd in 2011, gebeurde op basis van waarnemingen vanop aarde van de subtiele, periodische verzwakking van het licht van haar ster terwijl de planeet een passage of voorbijgang maakte, aan de ster voorbijging vanop aarde gezien.
Eerdere waarnemingen met andere telescopen, onder meer de Hubble- en de Spitzer-ruimtetelescopen, hadden de aanwezigheid aangetoond van waterdamp, natrium en kalium in de atmosfeer van WASP-39 b. De ongeëvenaarde gevoeligheid van de Webb-telescoop in het infrarood spectrum heeft nu ook de aanwezigheid van CO2 bevestigd.
Gefilterd sterrenlicht
Planeten zoals WASP-39 b, waarvan we de banen van voren waarnemen in plaats van van bovenaf, kunnen tijdens een overgang de ideale gelegenheid bieden om hun atmosfeer te onderzoeken.
Tijdens zo'n overgang wordt een deel van het licht van de ster volledig geblokkeerd door de planeet - wat de verzwakking van de helderheid van de ster veroorzaakt - en een deel wordt 'getransmitteerd' door de atmosfeer van de planeet - het gaat door de atmosfeer en ondervindt daar een invloed van.
Omdat verschillende gassen verschillende combinaties van golflengten (kleuren) absorberen, kunnen onderzoekers kleine verschillen in de helderheid van het getransmitteerde licht analyseren in een spectrum van golflengten om precies de samenstelling van een atmosfeer vast te stellen. WASP-39 b is een ideaal doelwit voor deze transmissie-spectroscopie door haar combinatie van een opgeblazen atmosfeer en veelvuldige voorbijgangen van haar ster.
De eerste duidelijke waarneming van CO2
Het onderzoeksteam gebruikte de Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) voor zijn waarnemingen van WASP-39 b. In het spectrum van de atmosfeer van de exoplaneet dat daarmee verkregen werd, vormt een kleine heuvel tussen de golflengten van 4,1 en 4,6 micron of micrometer het eerste, duidelijke en gedetailleerde bewijs voor de aanwezigheid van CO2 dat ooit ontdekt is in een planeet buiten ons zonnestelsel.
"Van zodra de gegevens op mijn scherm verschenen, was ik gefascineerd door het kolossale CO2-kenmerk", zei Zafar Rustamkulov, een afgestudeerd student aan de Johns Hopkins University en een lid van het Transiting Exoplanet Community Early Release Science team van Webb, dat het onderzoek heeft uitgevoerd. "Het was een bijzonder ogenblik, we overschreden een belangrijke drempel in het onderzoek naar exoplaneten."
Geen enkel ander observatorium heeft ooit zulke subtiele verschillen gemeten in de helderheid van zoveel individuele kleuren tussen 3 en 5,5 micron in een transmissie-spectrum van exoplaneet.
Dit deel van het spectrum is cruciaal voor het meten van de hoeveelheid gassen zoals water en methaan, en ook CO2, waarvan gedacht wordt dat in veel verschillende vormen bestaan op exoplaneten.
"Zo'n duidelijk signaal voor CO2 ontdekken op WASP-39 b is een goed voorteken voor de ontdekking van atmosferen op kleinere planeten, zo groot als de aarde", zei Natalie Batalha van de University of California at Santa Cruz, de leider van het team.
Het is belangrijk de samenstelling van de atmosfeer van een planeet te kennen omdat die ons iets leert over de oorsprong van de planeet en hoe ze zich ontwikkeld heeft.
"CO2-moleculen zijn gevoelige merkstoffen voor de geschiedenis van de vorming van planeten", zei Mike Line van de Arizona State University, een ander lid van het onderzoeksteam. "Door dit CO2-kenmerk te meten, kunnen we vaststellen hoeveel vast en hoeveel gasvormig materiaal gebruikt is om deze gasreus te vormen. In het komend decennium zal de Webb-telescoop deze metingen voor een reeks verschillende planeten uitvoeren en dat zal ons inzichten geven in de details van hoe planeten zich vormen en in de uniekheid van ons eigen zonnestelsel."
De bevindingen van het team zijn aanvaard voor publicatie in Nature. Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van webbtelescope.org.
