Astronomen hebben voor het eerst de massa van de kern van een exoplaneet bepaald. Dit deden ze met de James Webb-ruimtetelescoop. Ook maten ze een onverwacht lage hoeveelheid methaan in de atmosfeer van exoplaneet WASP-107 b.
Een essentieel onderdeel in de zoektocht naar andere bewoonbare werelden is het onderzoeken van de atmosfeer en kernmassa van exoplaneten, planeten die om een andere ster dan de zon draaien. De James Webb-ruimtetelescoop is vanwege zijn baan uitermate geschikt om deze metingen te doen aan planeten die lichtjaren van ons vandaan staan. Nu hebben astronomen dankzij James Webb voor het eerst de massa van de kern van een exoplaneet bepaald. Dit publiceerden ze in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Snikhete suikerspin
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
In het inwendige kijken van een planeet die honderden lichtjaren van ons vandaan staat, lijkt bijna onmogelijk. Toch is het een grote groep astronomen van meerdere instellingen gelukt, onder leiding van astronoom David Sing van de John Hopkins-universiteit uit de Verenigde Staten. Om in te schatten wat er binnen in de planeet zit en hoe zwaar de kern is, moesten ze meerdere puzzelstukjes verzamelen. Zo onderzochten ze de massa, straal, atmosferische samenstelling en de interne warmtehuishouding van de planeet.
De astronomen onderzochten WASP-107 b, een exoplaneet die rond een ster op ongeveer 200 lichtjaar afstand van de aarde draait. De reuzenplaneet is omringd door een verzengende atmosfeer met een zeer lage dichtheid. De suikerspinachtige WASP-107 b is even groot als Jupiter, maar heeft slechts een tiende van diens massa.
Hoewel de exoplaneet methaan bevat – op aarde vaak een spoor van leven – is WASP-107 b geen bewoonbare planeet. De moederster staat daarvoor veel te dichtbij en de planeet heeft geen vast oppervlak. Wel zou de planeet belangrijke inzichten kunnen geven in het late stadium van de ontwikkeling van planeten.
Methaan mixen
Tot verbazing van de onderzoekers lieten hun metingen zien dat WASP-107 b een kern heeft die twaalf keer zwaarder is dan die van de aarde, en een atmosfeer die duizend keer minder methaan bevat dan verwacht. De gasplaneten in ons zonnestelsel bezitten veel methaan in hun atmosfeer. Het onverwacht lage methaangehalte van WASP-107 b maakt de exoplaneet nog interessanter voor de onderzoekers.
De nieuwe methaanmetingen suggereren dat het molecuul in andere moleculen verandert als het vanuit het binnenste van de planeet omhoog stroomt. Hierbij reageert het met een mengsel van andere chemische stoffen onder invloed van het sterlicht in de bovenste atmosfeer. Het team mat ook zwaveldioxide, waterdamp, koolstofdioxide en koolstofmonoxide, en ontdekte dat WASP-107 b meer zware elementen bevat dan Uranus en Neptunus. De chemische processen van de planeet onthullen zo belangrijke puzzelstukjes over hoe planeetatmosferen zich gedragen onder andere omstandigheden dan op onze aarde.
Door met James Webb de fractie van bepaalde gassen in de atmosfeer van WASP-107 b te meten, en door te meten hoe de temperatuur met de hoogte verandert, wisten de onderzoekers af te leiden hoeveel warmte er in de exoplaneet wordt opgewekt. De hete kern van de planeet zou volgens hun modellen voor een sterke menging van de gassen vanuit het inwendige zorgen, waarbij warmte zich van warme naar koude delen verplaatst door stromingen. De onderzoekers denken dat deze hitte de chemische interacties in de gassen verandert, waardoor methaan afgebroken wordt en er grotere hoeveelheden koolstofdioxide en koolstofmonoxide ontstaan.
Open deur
Astrofysicus Ignas Snellen van de Universiteit Leiden vindt de gepresenteerde waarnemingen fantastisch. ‘James Webb weet alle voorspellingen over wat je met de telescoop kan doen waar te maken’, zegt hij. ‘De telescoop meet atmosferische samenstellingen ongekend goed. Dit doet hij dankzij zijn baan voorbij de maan en het feit dat de ruimtetelescoop koel wordt gehouden door een zonnescherm met de grootte van een tennisveld. Waar je met zijn voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, door het sleutelgat heen kon kijken, zet James Webb de deur nu wagenwijd open om te kijken welke moleculen in atmosferen zitten.’
Toch is Snellen ook kritisch over de voorspellingen van de kernmassa van WASP-107 b. ‘Die zijn nog steeds gemaakt met allerlei modellen en aannames, en kun je dus beter nog met een korreltje zout nemen. De vraag blijft of die modellen wel kloppen. Zo weten we nog niet eens echt goed wat de kernmassa van Jupiter is.’
