Wetenschappers van KU Leuven ontdekken zandwolken op exoplaneet WASP-107b: "Wetenschappelijke mijlpaal"

Stel het je eens voor: in de plaats van de regenbuien die we momenteel over onze hoofden uit gegoten krijgen, valt zand uit de lucht. Dat zand wordt door luchtstromen de atmosfeer in gestuwd, bevriest daar en "regent" vervolgens weer uit. Dat hele proces herhaalt zich opnieuw en opnieuw en opnieuw.

Klinkt een beetje apocalyptisch, niet? Toch doet precies dát zich voor 200 lichtjaar hiervandaan, op de exoplaneet WASP-107b. Dat ontdekte een team van Europese astronomen, geleid door onderzoekers van het Instituut voor Sterrenkunde aan de KU Leuven. Ze publiceren hun bevindingen vandaag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature .

Eerst iets meer over die exoplaneet - een planeet buiten ons eigen zonnestelsel, dus. WASP-107b draait rond een ster die iets koeler is dan "onze" zon. Het is ook een erg ijle exoplaneet, een zogenoemde gasreus. WASP-107b heeft ongeveer de massa van Neptunus, maar is meer dan twintig keer groter. Doordat de atmosfeer er zo ijl is, kan je er ook makkelijk doorheen kijken.

Dat biedt een mooie kans voor onderzoekers die de verschillende lagen van die atmosfeer willen onderzoeken. Het team van astronomen, onder wie professor Leen Decin van de KU Leuven, analyseerde de atmosfeer door de golflengtes op te meten van het licht dat erdoorheen viel. De verschillende golflengtes van dat licht leerden hen op hun beurt iets over de chemische samenstelling van de atmosfeer van WASP-107b.

Daarbij deden ze twee opvallende ontdekkingen: zwaveldioxide (SO₂) en siliciumwolken. Die zwaveldioxide was een grote verrassing. Volgens wetenschappelijke modellen kon er immers geen zwaveldioxide aanwezig zijn.

Dat er wolken waren, was op zich niet zo nieuw. Die zijn al vaker aangetroffen op exoplaneten. Wel slaagde het team er als eerste in om de chemische samenstelling van de wolken uit te lezen. Ze bleken te bestaan uit kleine deeltjes silicium (het belangrijkste bestanddeel van zand op onze Aarde).

Dat silicium vormt op WASP-107b een kringloop zoals die van water en wolken op onze planeet, legt Michiel Min uit. Hij is astronoom aan het SRON Netherlands Institute for Space Research en werkte mee aan het onderzoek. "Het feit dat we deze zandwolken hoog in de atmosfeer zien, moet betekenen dat de zandregendruppels verdampen in diepere, zeer hete lagen van de atmosfeer en dat de resulterende siliciumdamp omhoog wordt getransporteerd, waar ze opnieuw condenseren om opnieuw siliciumwolken te vormen."

We hebben de ontdekkingen te danken aan de James Webb-ruimtetelescoop, zegt Decin van het Instituut voor Sterrenkunde, en dan in het bijzonder het instrument MIRI. Daar is twintig jaar lang aan gewerkt door een team van Europese en Amerikaanse wetenschappers. De KU Leuven leverde daar een belangrijke bijdrage aan.

Maar ook de immense spiegel van de James Webb-ruimtetelescoop was onmisbaar. Die heeft een diameter van zes meter. "Die spiegel zorgt dat je dingen kan waarnemen die vroeger veel te zwak waren om te zien", legt Decin uit. "Planeten zenden geen eigen licht uit, die reflecteren licht van hun moederster. Dat vraagt om krachtige instrumenten om dat zwakke signaal te kunnen waarnemen."

Maar waarom is die ontdekking van siliciumwolken en zwaveldioxide nu belangrijk?

Decin noemt het "een wetenschappelijke mijlpaal". "Het verandert ons begrip van de vorming en evolutie van planeten en werpt een nieuw licht op ons eigen zonnestelsel."

"Zwaveldioxide, dat kennen we op aarde bijvoorbeeld van de geur van verbrande lucifers. We begrepen niet hoe dat op een exoplaneet gevormd zou kunnen worden. Als we onze kennis enkel baseren op wat hier op aarde te zien is, dan is dat onvoldoende om te begrijpen wat er gebeurt op exoplaneten."

Dit dwingt ons om onze horizonten te verbreden, vindt Decin. "Ons zonnestelsel is maar één planetenstelsel. Daarbuiten bestaan gigantisch veel andere architecturen met compleet andere chemische samenstellingen dan wat we kennen van hier op Aarde of hier in ons eigen zonnestelsel."