Een internationaal team van wetenschappers heeft voor het eerst met een grondtelescoop een rechtstreekse meting verricht van de hoeveelheid zuurstof en koolstof in de atmosfeer van een exoplaneet. Met dit type onderzoek kunnen sterrenkundigen een dubbelslag slaan: meer leren over planeetvorming en het pad effenen voor onderzoek naar buitenaardse sporen van biologische activiteit.
Beeld: illustratie van een 'hete Jupiter'. Credit: NASA
WASP-77Ab, een ‘hete Jupiter’ op 340 lichtjaar
De teller van het aantal ontdekte exoplaneten staat inmiddels op 4538. Het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA hanteert hiervoor een streng criterium: minstens twee verschillende methodes moeten een positief resultaat opleveren. Onder hen WASP-77Ab, op een afstand van 340 lichtjaar. Met een massa van 1,76 keer die van Jupiter en een temperatuur van meer dan 1000 °C hoort deze exoplaneet tot de categorie van ‘hete Jupiters’.
Dit type objecten is niet alleen groot en zwaar, maar bevindt zich tevens dicht bij de moederster. Ze zijn relatief makkelijk te ontdekken: enerzijds is hun zwaartekracht voldoende groot om de ster te laten schommelen en anderzijds draaien ze er snel omheen, waarbij ze met hun omvang een flinke hap sterlicht aan het zicht onttrekken telkens wanneer ze tussen de telescoop en de ster schuiven.
Samenstelling van de atmosfeer
Nu de lijst van exoplaneten gestaag groeit, zijn onderzoekers klaar voor de volgende stap: kijken of exoplaneten een atmosfeer hebben, en, zo ja, hoe hun scheikundige samenstelling eruitziet. Met dat doel verenigde Michael Line, verbonden aan de School of Earth and Space Exploration van de universiteit van Arizona, een internationale groep van onderzoekers rond zich.
Hete Jupiters zijn het soort exoplaneten waar Line zijn oog op heeft laten vallen: ‘Met hun omvang en temperatuur zijn ze uitstekende laboratoria om gassen in de atmosfeer te meten en onze theorieën over planeetvorming te testen.’
Het team van Line richtte de Gemini South op WASP-77Ab. Deze grondtelescoop met een diameter van 8,1m staat in het Andesgebergte in Chili. Ze vormt de zuidelijke component van het Gemini Observatory, waar ook tweelingbroer Gemini North in Hawaï deel van uitmaakt. Door de Gemini South uit te rusten met een spectrometer, de Immersion GRating INfrared Spectrometer (IGRINS), konden Line en zijn collega’s de verhouding van gassen als zuurstof en koolstof ten opzichte van waterstof meten.
Resultaten
Maar kan je dit soort onderzoek niet beter met een ruimtetelescoop uitvoeren? Op dit ogenblik zijn sterrenkundigen daarbij vooral aangewezen op de Hubble Space Telescope (HST). De combinatie van South Gemini en IGINS levert evenwel veel scherpere metingen op dan de HST. Bovendien kan de HST geen koolstof opsporen, terwijl dit element een cruciale rol speelt in de onderzoeksvraag van Line.
Die gaat over hoe hete Jupiters zo dicht bij de moederster voorkomen. Dicht bij de ster bevat de protoplanetaire schijf van stof en gas - waaruit planeten ontstaan – naar verwachting te weinig materiaal om zware planeten te vormen. Daarom wordt aangenomen dat hete Jupiters verder van de ster ontstaan. De hete Jupiters moeten dus na verloop van tijd naar de ster toe gereisd zijn. Uit de verhouding tussen koolstof en zuurstof kunnen sterrenkundigen meer te weten komen over de preciese omstandigheden van deze migratiebeweging.
Daarnaast wijst dit onderzoek de weg naar het opsporen van biosignatuur in de atmosfeer van exoplaneten. Nogmaals Line: ‘Als we dit al klaarspelen met onze huidige technologie, wat moet dat dan niet geven met binnenkort verwachte telescopen als de Giant Magellan Telescope? Het is goed mogelijk dat we met deze methode tegen eind jaren 2020 mogelijke sporen van leven ontdekken in de atmosferen van aardachtige exoplaneten.’
