Nieuwe waarnemingen van de James Webb-ruimtetelescoop wijzen erop dat een rotsachtige planeet in het planetenstelsel rond de ster TRAPPIST-1 bedekt is met vulkanisch gesteente óf een atmosfeer heeft vol CO2 en smog. Beide scenario’s duiden op een dynamische planeet.
‘TRAPPIST-1 is een heel koud, klein sterretje waar zeven rotsachtige planeten ter grootte van de aarde, Mars of Venus omheen draaien’, zegt sterrenkundige Michiel Min van SRON, het Nederlands instituut voor ruimteonderzoek. Dit planetenstelsel, op ongeveer 40,7 lichtjaar van de aarde, is interessant omdat drie van de planeten in de bewoonbare zone van de ster zitten, waar de temperatuur vloeibaar water toelaat.
‘Het mooie aan dit stelsel is dat alle planeten in een baan bewegen waarbij ze vanaf de aarde gezien voor de ster langsgaan’, zegt Min. ‘Daardoor kunnen we ze goed bestuderen.’ Met zijn collega’s heeft hij nu met de James Webb-ruimtetelescoop de planeet het dichtst bij de moederster bestudeerd. Hun bevindingen over de mogelijke atmosfeer van deze planeet, genaamd TRAPPIST-1b, verschenen in het vakblad Nature Astronomy.
‘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.
Atmosfeer
De planeet TRAPPIST-1b is de warmste van de zeven planeten, omdat hij het dichtst bij de ster staat. Hij is bijna net zo heet als Venus, waar het kwik boven de 450 graden Celsius komt. Daar zal dus geen vloeibaar water te vinden zijn. Bij zijn broertjes, genaamd TRAPPIST-1c, TRAPPIST-1d en TRAPPIST-1e, kan dat wel.
‘Maar daarvoor moeten ze wel een atmosfeer hebben’, zegt Min. ‘Want een atmosfeer is belangrijk voor het reguleren van de temperatuur op het planeetoppervlak, net als op aarde. Daarom zijn we geïnteresseerd in de atmosfeer van de planeten van TRAPPIST-1.’
Eerdere metingen van de James Webb-telescoop wezen erop dat TRAPPIST-1b een kale rots is, zonder atmosfeer. ‘Als dat zo is, dan lijkt het waarschijnlijk dat 1b zijn atmosfeer is kwijtgeraakt doordat de moederster heel actief is’, zegt Min. Dat is vaak het geval bij dit soort relatief koude en kleine sterren, zogeheten rode dwergsterren. ‘Die zenden veel uv-straling uit, die de atmosfeer van de planeten eraf geblazen kan hebben.’
Als 1b geen atmosfeer heeft, dan zou dat ook slecht nieuws zijn voor de mogelijke leefbaarheid van de drie planeten in de bewoonbare zone. De kans is dan groot dat de uvstraling ook hun atmosferen heeft weggeblazen.
CO2 en smog
Maar de internationale onderzoeksgroep besloot de hoop op een mogelijke atmosfeer bij TRAPPIST-1b nog niet helemaal op te geven. Ze richtten de Webb-telescoop opnieuw op het planeetje om de uitgezonden infraroodstraling – oftewel warmtestraling – te meten. Dat deden ze met het in Nederland ontwikkelde meetinstrument MIRI aan boord van de Webb-ruimtetelescoop.
‘We bestuderen de planeet als hij achter de ster verdwijnt’, zegt Min. ‘Als de planeet bijna uit ons zicht verdwijnt, maar nog nét niet, dan zien wij namelijk het licht van de dagkant van de planeet plus het licht van de ster. Zodra de planeet achter de ster verdwenen is, zien we alleen het licht van de ster. Als we die twee signalen van elkaar aftrekken, dan hou je het signaal van het licht van de dagkant van de planeet over.’
Door de eerdere metingen met de nieuwe te combineren, verkregen de astronomen informatie over twee soorten infraroodstraling die de planeet uitzendt. Dat komt overeen met wat je verwacht te zien als TRAPPIST-1b wél een atmosfeer heeft. Dat moet dan wel een dikke atmosfeer met CO2 en veel smog zijn, die veel warmte vasthoudt. De metingen wijzen er namelijk op dat het hoog in de atmosfeer warm is en koud bij het oppervlak, zegt Min.
Vulkanisch oppervlak
‘Maar de meetgegevens zijn nog niet eenduidig’, zegt Min. ‘Het kan ook zo zijn dat onze metingen ons vertellen dat er geen atmosfeer is, maar dat het oppervlak minder warmtestraling uitzendt dan verwacht. Dat kan komen doordat het oppervlak bestaat uit vulkanisch gesteente, dat recent aan het oppervlak gekomen is. Dat is ook heel interessant, want dat betekent dat het oppervlak dynamischer is dan we dachten en dus dat TRAPPIST-1b geologisch heel actief is.’
Om vast te stellen welk van de twee scenario’s klopt, gaan de onderzoekers de temperatuurverdeling op de planeet bepalen. Als er een atmosfeer is, dan verwacht je dat de atmosfeer ‘s nachts warmte vasthoudt, waardoor de nachtkant niet extreem koud is, net zoals op aarde. Als het een kale rots is, dan is de nachtkant wel extreem koud.
‘Dat zijn lastige metingen, maar we gaan het proberen met de Webb-telescoop’, zegt Min. ‘Maar wat we nu in elk geval weten, is dat TRAPPIST-1b geen oude, kale rots is.’ En er is nog hoop voor het bestaan van atmosferen bij de drie planeten in de bewoonbare zone.
