Nieuw onderzoek van NASA's Jet Propulsion Laboratory onthult mogelijke tekenen van een rotsachtige, vulkanische maan rond een exoplaneet op 635 lichtjaar van de aarde. De grootste aanwijzing is een natriumwolk die volgens de bevindingen in de buurt komt van de exoplaneet, een gasreus ter grootte van Saturnus genaamd WASP-49 b, maar die niet helemaal synchroon loopt met de exoplaneet, hoewel er aanvullend onderzoek nodig is om het gedrag van de wolk te bevestigen.
Binnen ons zonnestelsel veroorzaken gasemissies van Jupiters vulkanische maan Io een soortgelijk fenomeen. Hoewel er nog geen exomonen (manen van planeten buiten ons zonnestelsel) zijn bevestigd, zijn er wel meerdere kandidaten geïdentificeerd. Waarschijnlijk zijn deze planetaire begeleiders onopgemerkt gebleven omdat ze te klein en te zwak zijn voor de huidige telescopen om te detecteren. De natriumwolk rond WASP-49 b werd voor het eerst ontdekt in 2017 en trok de aandacht van Apurva Oza, voorheen postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory en nu stafwetenschapper bij Caltech, dat JPL beheert. Oza heeft jarenlang onderzocht hoe exomonen kunnen worden gedetecteerd via hun vulkanische activiteit. Io bijvoorbeeld, het meest vulkanische lichaam in ons zonnestelsel, spuwt voortdurend zwaveldioxide, natrium, kalium en andere gassen uit die enorme wolken rond Jupiter kunnen vormen tot 1000 keer de straal van de reuzenplaneet. Het is mogelijk dat astronomen die naar een ander sterrensysteem kijken, een gaswolk zoals die van Io kunnen detecteren, zelfs als de maan zelf te klein is om te zien.
Zowel WASP-49 b als zijn ster bestaan voornamelijk uit waterstof en helium, met sporen van natrium. Geen van beide bevat genoeg natrium om de wolk te verklaren, die afkomstig lijkt te zijn van een bron die ruwweg 100.000 kilo natrium per seconde produceert. Zelfs als de ster of planeet zoveel natrium zou kunnen produceren, is het onduidelijk welk mechanisme dit in de ruimte zou kunnen uitstoten. Zou de bron een vulkanische exomoon kunnen zijn? Oza en zijn collega's probeerden die vraag te beantwoorden. Het werk bleek meteen een uitdaging, want vanaf zo'n grote afstand overlappen de ster, de planeet en de wolk elkaar vaak en bezetten ze hetzelfde kleine, verre punt in de ruimte. Het team moest het systeem dus in de loop van de tijd in de gaten houden.
Een wolk in beweging
In een nieuw onderzoek, gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters, hebben ze verschillende aanwijzingen gevonden die erop duiden dat de wolk wordt veroorzaakt door een apart lichaam dat rond de planeet draait, hoewel er aanvullend onderzoek nodig is om het gedrag van de wolk te bevestigen. Hun waarnemingen wezen er bijvoorbeeld tweemaal op dat de wolk plotseling groter werd, alsof hij werd bijgetankt, toen hij zich niet naast de planeet bevond. Ze namen ook waar dat de wolk sneller bewoog dan de planeet op een manier die onmogelijk lijkt tenzij de wolk wordt voortgebracht door een ander lichaam dat onafhankelijk van en sneller beweegt dan de planeet. “We denken dat dit een heel belangrijk bewijsstuk is,” zei Oza. “De wolk beweegt in de tegenovergestelde richting die hij volgens de natuurkunde zou moeten volgen als hij deel zou uitmaken van de atmosfeer van de planeet.” Hoewel deze waarnemingen het onderzoeksteam intrigeren, zeggen ze dat ze het systeem langer moeten observeren om zeker te zijn van de baan en structuur van de wolk.
Kans op vulkanische wolken
Voor een deel van hun speurwerk gebruikten de onderzoekers de Very Large Telescope van de European Southern Observatory in Chili. Julia Seidel, co-auteur van Oza en onderzoeker aan de sterrenwacht, stelde vast dat de wolk zich hoog boven de atmosfeer van de planeet bevindt, net als de gaswolk die Io rond Jupiter produceert. Ze gebruikten ook een computermodel om het exomoonscenario te illustreren en te vergelijken met de gegevens. De exoplaneet WASP-49 b draait elke 2,8 dagen met de regelmaat van een klok om de ster, maar de wolk verscheen en verdween achter de ster of achter de planeet met schijnbaar onregelmatige tussenpozen. Met behulp van hun model toonden Oza en zijn team aan dat een maan met een achturige baan om de planeet de beweging en activiteit van de wolk kon verklaren, inclusief de manier waarop de wolk soms voor de planeet leek te bewegen en niet geassocieerd leek te zijn met een bepaalde regio van de planeet. “Het bewijs is zeer overtuigend dat iets anders dan de planeet en de ster deze wolk produceert,” zei Rosaly Lopes, een planetair geoloog bij JPL die samen met Oza de studie schreef. “Het detecteren van een exomaan zou heel bijzonder zijn, en vanwege Io weten we dat een vulkanische exomaan mogelijk is.”
Een gewelddadig einde
Op aarde worden vulkanen aangedreven door hitte in de kern die overblijft na de vorming van de planeet. De vulkanen van Io worden daarentegen aangedreven door de zwaartekracht van Jupiter, die de maan samenknijpt als hij dichter bij de planeet komt en zijn “grip” vermindert als de maan zich verwijdert. Dit buigen verhit het inwendige van de kleine maan, wat leidt tot een proces dat getijdenvulkanisme wordt genoemd. Als WASP-49 b een maan heeft die net zo groot is als die van de aarde, schatten Oza en zijn team dat het snelle massaverlies in combinatie met de druk van de zwaartekracht van de planeet er uiteindelijk voor zal zorgen dat de maan desintegreert.
Bron: Jet Propulsion Laboratory
