Verre lagen van de atmosfeer aan de horizon

Complex en vreemd: astronomen hebben een glimp opgevangen van de gasvormige atmosfeer van exoplaneet WASP-189b. Naast de informatie over de materialen die het bevat, is het duidelijk dat het lagen heeft die lijken op de atmosfeer van de aarde. In het geval van de superhete Jupiter-achtige planeet heeft het gasvormige omhulsel zeer eigenaardige kenmerken: titaniumoxide neemt waarschijnlijk de rol van ozon op zich in stratificatie. Volgens de onderzoekers kunnen de bevindingen nu ook gunstig zijn voor atmosferisch onderzoek op andere exoplaneten, waaronder aardachtige werelden.

Het heelal wemelt van de sterren met satellieten van planeten – dit is op indrukwekkende wijze aangetoond door de successen van planeetjagers in de afgelopen decennia. Astronomen zijn er al in geslaagd om de massa’s, afmetingen en dus de dichtheid van veel exoplaneten vast te leggen, waardoor conclusies over hun vorming kunnen worden getrokken. Tegelijkertijd wordt de nieuwsgierige blik meer en meer op de atmosfeer gericht. Hun kenmerken kunnen worden geïdentificeerd door spectroscopie van het licht dat door de gasomhulsels schijnt wanneer verre werelden voor hun gastheerster passeren. Met handtekeningen in straling kunnen conclusies worden getrokken over het voorkomen van bepaalde stoffen in de atmosfeer.

Helse zoekobject

Een van de meest extreme exoplaneten was nu de focus van een internationaal team van astronomen onder leiding van Bibiana Prinot van de Universiteit van Lund in Zweden. WASP-189b is een Jupiter-achtig hemellichaam op ongeveer 322 lichtjaar van de aarde. Bijzonder: Waarnemingen met de CHEOPS-ruimtetelescoop hebben aangetoond dat de planeet 20 keer dichter om zijn moederster draait dan de aarde om de zon. In slechts 2,7 dagen zoomde hij ongeveer één keer in. Aan de andere kant zijn de temperaturen hels: volgens schattingen bereikt hij 3200 graden Celsius aan zijn dagzijde.

De onderzoekers hebben nu actuele inzichten in de atmosfeer van WASP-189b verkregen met behulp van de HARPS-spectrometer van het La Silla Observatorium in Chili. “We hebben het licht gemeten van de gastster die de atmosfeer van de planeet binnendringt. Bij dit proces absorberen gassen in de atmosfeer een deel van het sterlicht, vergelijkbaar met de manier waarop ozon een deel van het zonlicht in de atmosfeer van de aarde absorbeert, waardoor hun kenmerkende vingerafdrukken achterblijven.” “Met behulp van HARPS konden we vervolgens de overeenkomstige stoffen in de atmosfeer identificeren.”

Atmosferische structuren verschijnen

Op basis van de handtekeningen in de straling konden de wetenschappers ijzer, chroom, vanadium, magnesium en mangaan detecteren in de gasomhulling van WASP-189b. Maar de belangrijkste ontdekking is dat de atmosfeer titaniumoxide bevat. Tot nu toe kan deze verbinding niet met zekerheid worden bewezen bij oververhitte gasreuzen. Het interessante van titaniumoxide is dat de stof, die in ons land zeldzaam is, een belangrijke rol zou kunnen spelen in de atmosfeer van WASP-189b – vergelijkbaar met ozon in de aardlagen. “Titaniumoxide absorbeert kortegolfstraling, zoals ultraviolette straling. De ontdekking ervan zou er dus op kunnen wijzen dat een laag in de atmosfeer van WASP-189b interageert met stellaire straling op een manier die vergelijkbaar is met de ozonlaag op aarde”, legt co-auteur Kevin Heng van de Universiteit van Bern.

De onderzoekers vonden ook aanvullend bewijs voor samenstelling in de gasvormige atmosfeer van een exoplaneet: bij het onderzoeken van de zogenaamde lijnposities van atmosferische componenten, vonden ze duidelijke verschillen. “In onze analyse zagen we dat de kenmerken van de verschillende gassen weinig veranderden in vergelijking met onze voorspellingen. Dit geeft naar onze mening aan dat ze in verschillende lagen voorkomen. Evenzo zouden de kenmerken van waterdamp en ozon op aarde er anders uitzien dan een afstand omdat ze vooral in de lagen van de atmosfeer voorkomen.” verschillende atmosferen van onze planeet”, legt Prenot uit. Zo laten de resultaten zien dat WASP-189b ook een gelaagde atmosfeer heeft waarin 3D-processen, thermische effecten en dynamiek een belangrijke rol spelen.

Vooruitgang in atmosferisch onderzoek

Wetenschappers zeggen dat de studie de manier waarop exoplaneten worden bestudeerd kan veranderen. “Tot nu toe hebben astronomen vaak aangenomen dat de atmosfeer van exoplaneten bestaat als een verenigde laag en hebben ze geprobeerd deze als zodanig te begrijpen. Onze resultaten tonen echter aan dat de atmosferen van gasreuzen die worden blootgesteld aan intense straling ook complexe 3D-structuren hebben.” zegt co-auteur Jens Hoeijmakers van de Lund University Prinot voegt toe: “Door onze studie effenen we de weg voor een veel dieper begrip van de atmosferen van exoplaneten met behulp van spectrometers met een hoge resolutie.”

Naarmate er meer en meer technische hulpmiddelen beschikbaar komen, zal het mogelijk zijn om de chemische samenstelling van verschillende soorten exoplaneetatmosferen beter te begrijpen. “We zijn ervan overtuigd dat we rekening moeten houden met de driedimensionale aard van de atmosfeer om deze volledig te kunnen begrijpen”, zegt Heng. Prinoth richt zich ook op aardachtige en mogelijk levensvriendelijke kandidaten: “Ze vragen me vaak of ik denk dat mijn onderzoek relevant is voor de zoektocht naar leven elders in het universum. Mijn antwoord is altijd ja. Dit soort onderzoeken zijn stappen in dat streven ‘, zei de astronoom.

Bron: Lund University, University of Bern, gespecialiseerd artikel: Natuurlijke astronomie, doi: 10.1038/s41550-021-01581-z

© wissenschaft.de – Martin Vieweg