Ontdek barium op gasreuzen: raad een element in de atmosferen van exoplaneten

Barium ontdekt op gasreuzen
Raad het element in de atmosfeer van exoplaneten

15/10/2022 17:27

Met twee gigantische planeten van elkaar gescheiden door honderden lichtjaren, stuiten onderzoekers op iets onverwachts: ze ontdekten het element barium in de bovenste atmosfeer. Maar tot nu toe is er geen redelijke verklaring voor hoe de zware materie daar terecht is gekomen.

De twee exoplaneten WASP-76b en WASP-121b bevatten het zware element barium in hun bovenste atmosfeer. Dit blijkt uit de hogeresolutiespectra die zijn verkregen met ESO’s Very Large Telescope in Chili. Het is het zwaarste element dat tot nu toe is ontdekt in de atmosferen van planeten rond andere sterren. En dit is een probleem voor astronomen: met de sterke zwaartekracht van twee planeten zou er niet zo’n zware materie in de atmosfeer mogen zijn, schreven de ontdekkers in het tijdschrift. “Astronomie en Astrofysica”.

“Barium moet heel snel uit de bovenste atmosfeer vallen”, legt Olivier Demangon van de Universiteit van Porto in Portugal uit. “Op dit moment hebben we geen idee welk mechanisme dit element omhoog beweegt.”

De twee planeten, die 640 en 860 lichtjaar van de aarde verwijderd zijn, zijn “hete exoplaneten” – gasvormige planeten die qua grootte en massa vergelijkbaar zijn met Jupiter in ons zonnestelsel. Ze draaien echter om hun centrale ster in een zeer smalle baan met een omlooptijd van minder dan twee dagen. Vanwege de nabijheid van de ster is de atmosferische temperatuur ongeveer 2000 ° C.

Dergelijke planeten zijn bijzonder interessante objecten voor astronomen. “Omdat het meestal gasvormig en erg heet is, heeft het uitgebreide atmosferen, dus we kunnen de atmosfeer veel gemakkelijker observeren en bestuderen dan de atmosferen van kleinere, koudere planeten”, zegt Demangon. De positie van de banen van de planeten helpt hemelonderzoekers ook bij deze waarnemingen: ze zijn zo georiënteerd dat de planeten vanaf de aarde regelmatig voor hun centrale ster passeren.

Tijdens deze “transits” blokkeren de planeten een deel van de ster, waardoor het licht wordt gedimd – en deze regelmatige verduisteringen helpen bij de ontdekking van de planeten. Cruciaal voor studies zoals Demangeon en collega’s, schijnt een klein deel van het sterlicht door de atmosfeer van elke planeet. In dit deel van het sterlicht laat de atmosfeer een soort vingerafdruk achter: de materialen waaruit de atmosfeer bestaat, absorberen sterlicht op verschillende golflengten.

De eerste twijfels over de ontdekking

De onderzoekers kunnen deze ‘spectraallijnen’ vervolgens gebruiken om te bepalen van welke materialen de atmosfeer van de planeet is gemaakt. Het hele proces is echter tijdrovend en ingewikkeld. Allereerst is een spectrometer met hoge resolutie nodig, een speciaal extra apparaat op de telescoop dat straling opsplitst in golflengten. Daarom moeten astronomen alle effecten van de ster en de atmosfeer van de aarde uit de gegevens verwijderen.

Demangeon en collega’s konden aanvankelijk een groot aantal materialen bevestigen die al waren aangegeven door eerdere waarnemingen. De onderzoekers ontdekten ook kobalt en strontium. Toen kwamen ze spectraallijnen van barium tegen – en vermoedden aanvankelijk dat deze eigenlijk van exoplaneten kwamen. “We hebben niet naar barium gezocht, omdat we daar geen barium hadden verwacht”, zegt Azevedo Silva van de Universiteit van Porto. Pas na verder onderzoek waren de wetenschappers overtuigd van hun verrassende ontdekking.

Volgens wetenschappers geeft de ontdekking van barium in de atmosferen van twee hete Jupiters aan dat deze zware elementen vaak kunnen voorkomen in de atmosferen van extreem hete Jupiters. Er moeten voorheen onbekende atmosferische stromen zijn die deze materialen naar de bovenste atmosfeer voeren.