Astronomen hebben met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA de kleinste exoplaneet waargenomen waarvan waterdamp in de atmosfeer is gedetecteerd. Met een diameter van slechts ongeveer twee keer de aarde zou de planeet GJ 9827d een voorbeeld kunnen zijn van potentiële planeten met een waterrijke atmosfeer elders in ons melkwegstelsel.
"Dit zou de eerste keer zijn dat we door middel van een atmosferische detectie direct kunnen aantonen dat deze planeten met een waterrijke atmosfeer daadwerkelijk rond andere sterren kunnen bestaan," aldus teamlid Björn Benneke van het Trottier Institute for Research on Exoplanets aan de Université de Montréal. "Dit is een belangrijke stap in de richting van het bepalen van het voorkomen en de diversiteit van atmosferen op rotsachtige planeten." "Water op zo'n kleine planeet is een baanbrekende ontdekking," voegt mede-hoofdonderzoeker Laura Kreidberg van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg (Duitsland) toe. "Het brengt ons dichter dan ooit bij het karakteriseren van echte aardachtige werelden." Het is echter nog te vroeg om te zeggen of Hubble spectroscopisch een kleine hoeveelheid waterdamp heeft gemeten in een waterstofrijke atmosfeer, of dat de atmosfeer van de planeet voor het grootste deel uit water bestaat, achtergebleven nadat een oeratmosfeer van waterstof en helium verdampte onder stellaire straling.
"Ons observatieprogramma, geleid door hoofdonderzoeker Ian Crossfield van de Kansas University in Lawrence, Kansas, is speciaal ontworpen om niet alleen de moleculen in de atmosfeer van de planeet te detecteren, maar ook om specifiek naar waterdamp te zoeken. Beide resultaten zouden opwindend zijn, of waterdamp nu dominant is of slechts een kleine soort in een atmosfeer die gedomineerd wordt door waterstof," aldus de hoofdauteur van het wetenschappelijke artikel, Pierre-Alexis Roy van het Trottier Institute for Research on Exoplanets aan de Université de Montréal.
"Tot nu toe waren we niet in staat om de atmosfeer van zo'n kleine planeet direct waar te nemen. En we komen nu langzaam in dit regime terecht," voegt Benneke toe. "Op een gegeven moment, als we kleinere planeten bestuderen, moet er een overgang zijn waarbij er geen waterstof meer is op deze kleine werelden, en ze een atmosfeer hebben die meer lijkt op Venus (die wordt gedomineerd door kooldioxide)." Omdat de planeet zo heet is als Venus, met 800 graden Fahrenheit, zou het zeker een onherbergzame, stomende wereld zijn als de atmosfeer voornamelijk uit waterdamp zou bestaan.
Op dit moment heeft het team twee mogelijkheden. Het ene scenario is dat de planeet zich nog steeds vastklampt aan een waterstofrijke atmosfeer doorspekt met water, waardoor het een mini-Neptunus wordt. Een andere mogelijkheid is dat het een warmere versie is van Jupiters maan Europa, die twee keer zoveel water als de aarde onder zijn korst heeft. "De planeet GJ 9827d zou half water, half rots kunnen zijn. En er zou veel waterdamp zijn bovenop een kleiner rotsachtig lichaam," zei Benneke.
Als de planeet een resterende waterrijke atmosfeer heeft, dan moet hij verder van zijn gastheerster zijn gevormd, waar de temperatuur koud is en water beschikbaar is in de vorm van ijs, dan zijn huidige locatie. In dit scenario zou de planeet dan dichter naar de ster zijn gemigreerd en meer straling hebben ontvangen. De waterstof werd verhit en ontsnapte, of ontsnapt nog steeds aan de zwakke zwaartekracht van de planeet. De alternatieve theorie is dat de planeet dicht bij de hete ster is gevormd, met een spoor van water in zijn atmosfeer.
Het Hubble-programma heeft de planeet geobserveerd tijdens 11 overgangen, waarbij de planeet voor zijn ster kruiste, die over een periode van drie jaar werden gespreid. Tijdens deze overgangen wordt het sterlicht gefilterd door de atmosfeer van de planeet en heeft het de spectrale vingerafdruk van watermoleculen. Als er wolken op de planeet zijn, zijn deze laag genoeg in de atmosfeer zodat ze Hubble's zicht op de atmosfeer niet volledig ontnemen en Hubble de waterdamp boven de wolken kan aftasten.
"Het waarnemen van water is een poort naar het vinden van andere dingen", zegt Thomas Greene, astrofysicus bij NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië. "Deze Hubble-ontdekking opent de deur naar toekomstig onderzoek naar dit soort planeten door de James Webb Space Telescope. JWST kan veel meer zien met aanvullende infraroodwaarnemingen, waaronder koolstofhoudende moleculen zoals koolmonoxide, kooldioxide en methaan. Zodra we een totale inventaris van de elementen van een planeet hebben, kunnen we die vergelijken met de ster waar hij omheen draait en begrijpen hoe hij is gevormd." GJ 9827d werd in 2017 ontdekt door NASA's Kepler ruimtetelescoop. Hij draait elke 6,2 dagen rond een rode dwergster. De ster, GJ 9827, ligt 97 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Vissen.
De Hubble Space Telescope is een project van internationale samenwerking tussen NASA en ESA. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert de wetenschappelijke activiteiten van de Hubble- en Webb-telescoop uit. STScI wordt voor NASA beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy in Washington D.C.
Bron: NASA
