Zwaarste element ooit in atmosfeer exoplaneten ontdekt

Laurien Onderwater

12-10-2022 14:00:00

Barium

Met behulp van de Very Large Telescope in Chili detecteerden astronomen het zwaarste element tot nu toe in de atmosfeer van exoplaneten: barium.

Planeten die om een andere ster dan onze zon draaien, kunnen vreemde trekjes vertonen. Zo heeft exoplaneet NGTS-10b slechts 18 uur nodig om een volledige ronde om zijn moederster te maken, bestaat de atmosfeer van planeet K2-18b uit waterdamp, terwijl LHS 3844b juist een dampkring mist. Opmerkelijke exemplaren dus.

Maar de twee exoplaneten WASP-76b en WASP-121b kunnen er ook wat van. Op beide planeten is het zó heet dat het op de eerste metalen regent, en op de tweede edelstenen, ontdekten wetenschappers. Nu staan ze opnieuw in de schijnwerpers: een internationaal team van astronomen trof het zware element barium aan in de hoge atmosferen van WASP-76b en WASP-121b. De bijzondere vondst maakt duidelijk dat we nog maar aan het begin staan van de mysteries van exoplaneten.

Lees ook:

Ultrahete Jupiters

Beide exoplaneten zijn ultrahete Jupiters. Ze zijn namelijk qua grootte vergelijkbaar met gasreus Jupiter, terwijl ze extreem hoge oppervlaktetemperaturen van meer dan 1000 graden Celsius hebben. Dat komt doordat WASP-76b en -121b dicht om hun moederster draaien. Daardoor hebben ze bovendien altijd dezelfde zijde naar de ster gericht. Dat fenomeen heet synchrone rotatie en zien we ook bij de maan.

Ultrahete Jupiters zijn ideaal om de atmosferen van te onderzoeken. “Omdat ze gasvormig en heet zijn, zijn hun atmosferen zeer uitgestrekt en dus gemakkelijker waarneembaar dan die van kleinere of koelere planeten”, legt astronoom Olivier Demangeon van de Universiteit van Porto uit.

Transitmethode

Die atmosfeer lichtte het internationale team door met behulp van de transitmethode. “Als een exoplaneet voor zijn ster beweegt, verduistert hij het licht van de ster een beetje”, legde sterrenkundige Ignas Snellen van de Universiteit Leiden eerder uit aan KIJK. “Maar er sijpelt ook licht door de atmosfeer van die exoplaneet heen. Gassen in de atmosfeer absorberen de verschillende kleuren van het sterrenlicht, waardoor ze veranderen. En die kleurverandering, het zogeheten spectrum, kunnen we meten.”

Zo bepalen sterrenkundigen uit welke gassen de atmosfeer van een exoplaneet bestaat. Het klinkt eenvoudig, maar is enorm moeilijk. Vooral omdat de metingen met grondtelescopen, zoals de Very Large Telescope, door onze eigen dampkring heen worden gedaan. Die atmosfeer verstoort de signalen die astronomen juist willen meten. Snellen en zijn team ontwikkelden een kalibratietechniek waarmee ze dat effect eruit filteren. Zo kunnen ze het spectrum van de exoplaneet onderscheiden van dat van de aarde. Inmiddels passen astronomen van over de hele wereld de methode toe.

Geïoniseerd barium

Het spectrum in de huidige studie is bestudeerd met het ESPRESSO-instrument van de Very Large Telescope, het observatorium van de ESO dat zich in de Chileense Atacamawoestijn bevindt, en uit vier aan elkaar gekoppelde telescopen bestaat.

“Dit zijn twee van de allerheetste gasreuzen die we kennen,” zegt Snellen nu over de studie. “Hun atmosfeer is zó warm dat alle moleculen in atomen zijn opgebroken en vaak geïoniseerd (ze krijgen een lading, red.) zijn. Daarom kun je goed een chemische inventarisatie maken van de samenstelling van de planeet.”

Het bepalen van de samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet vereist zeer gespecialiseerde apparatuur. Het team gebruikte het ESPRESSO-instrument (hier afgebeeld in de cleanroom van de ESO) op ESO’s VLT in Chili om sterlicht te analyseren dat was gefilterd door de atmosferen van WASP-76 b en WASP-121 b. Hierdoor konden verschillende elementen, waaronder dus barium, duidelijk worden gedetecteerd. © ESO/M. Zamani

Dat barium nu is ontdekt in de atmosferen van beide ultrahete Jupiters betekent dat deze categorie planeten misschien nog vreemder is dan al werd gedacht. Snellen: “Geïoniseerd barium (Ba+; één elektron is weg) is het zwaarste element dat tot nu toe is gevonden.” Het is 2,5 keer zo zwaar als ijzer. “Je zou misschien verwachten dat het element alleen laag in de atmosfeer aanwezig zou zijn. Misschien zijn er verticale winden die dit omhoog stuwen? Het is voorlopig speculeren.”

Onder ander met de toekomstige Extremely Large Telescope van ESO kunnen astronomen de atmosferen van grote en kleine exoplaneten veel grondiger bestuderen. Dan zullen ze meer aanwijzingen kunnen verzamelen over de aard van deze intrigerende werelden.

SPECS

NaamWASP-76b  WASP-121b
Type planeetultrahete Jupiterultrahete Jupiter
Omlooptijd43 uur31 uur
Temperatuur dagkant2400 graden Celsius3200 graden celsius
Temperatuur nachtkant1500 graden C1600 graden C
Afstand tot de aarde:390 lichtjaar850 lichtjaar

Bronnen: Astronomy & Astrophysics, ESO 1, ESO 2

Beeld: ESO/M. Kornmesser

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE






Meer Nieuws