De James Webb-ruimtetelescoop heeft het eerste duidelijke bewijs voor koolstofdioxide in de atmosfeer van een planeet buiten het zonnestelsel vastgelegd. Deze waarneming van een gasreuzenplaneet die rond een zonachtige ster draait op 700 lichtjaar afstand, biedt belangrijke inzichten in de samenstelling en vorming van de planeet. De bevinding, die is geaccepteerd voor publicatie in Nature, biedt aanwijzingen dat Webb in de toekomst wellicht kooldioxide kan detecteren en meten in de dunnere atmosferen van kleinere rotsachtige planeten.
WASP-39 b is een hete gasreus met een massa van ongeveer een kwart van die van Jupiter (ongeveer even groot als Saturnus) en een diameter die 1,3 keer zo groot is als Jupiter. Zijn extreme gezwollenheid heeft voor een deel te maken met zijn hoge temperatuur (ongeveer 1600 graden Fahrenheit of 900 graden Celsius). In tegenstelling tot de koelere, compactere gasreuzen in ons zonnestelsel draait WASP-39 b zeer dicht om zijn ster - slechts ongeveer een achtste van de afstand tussen de zon en Mercurius - en legt hij één baan af in iets meer dan vier aarddagen. De ontdekking van de planeet, waarvan in 2011 verslag werd gedaan, was gebaseerd op waarnemingen vanaf de grond van het subtiele, periodieke dimmen van het licht van zijn gastheerster wanneer de planeet op doorreis is, of voor de ster langs trekt. Eerdere waarnemingen van andere telescopen, waaronder NASA's Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen, onthulden de aanwezigheid van waterdamp, natrium en kalium in de atmosfeer van de planeet. De ongeëvenaarde infraroodgevoeligheid van Webb heeft nu ook de aanwezigheid van kooldioxide op deze planeet bevestigd.
Gefilterd sterlicht
Planeten zoals WASP-39 b, waarvan we de banen niet van bovenaf maar van opzij bekijken, bieden onderzoekers ideale mogelijkheden om de atmosfeer van planeten te onderzoeken. Tijdens een overgang wordt een deel van het sterlicht volledig door de planeet verduisterd (wat de totale verduistering veroorzaakt) en een deel wordt door de atmosfeer van de planeet doorgelaten. Omdat verschillende gassen verschillende combinaties van kleuren absorberen, kunnen onderzoekers kleine verschillen in helderheid van het uitgezonden licht over een spectrum van golflengten analyseren om precies te bepalen waar een atmosfeer van gemaakt is. Door de combinatie van een opgeblazen atmosfeer en frequente doorgangen is WASP-39 b een ideaal doelwit voor transmissiespectroscopie.
Eerste duidelijke detectie van kooldioxide
Het onderzoeksteam gebruikte Webbs Nabije-Infrarood Spectrograaf (NIRSpec) voor zijn waarnemingen van WASP-39b. In het resulterende spectrum van de atmosfeer van de exoplaneet is een kleine heuvel tussen 4,1 en 4,6 micron het eerste duidelijke, gedetailleerde bewijs voor koolstofdioxide dat ooit is waargenomen bij een planeet buiten het zonnestelsel. "Zodra de gegevens op mijn scherm verschenen, werd ik gegrepen door het enorme kooldioxide-aspect," zei Zafar Rustamkulov, een afgestudeerde student aan de Johns Hopkins University en lid van het JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science team, dat dit onderzoek uitvoerde. "Het was een bijzonder moment, waarbij een belangrijke drempel in de exoplaneetwetenschappen werd overschreden."
Geen enkel observatorium heeft ooit eerder zulke subtiele verschillen in helderheid gemeten van zoveel individuele kleuren in het 3 tot 5,5-micron bereik in het transmissiespectrum van een exoplaneet. Toegang tot dit deel van het spectrum is van cruciaal belang voor het meten van de abundanties van gassen zoals water en methaan, evenals koolstofdioxide, waarvan wordt aangenomen dat ze in veel verschillende soorten exoplaneten voorkomen. "Het detecteren van zo'n duidelijk signaal van kooldioxide op WASP-39 is een goed voorteken voor het detecteren van atmosferen op kleinere planeten ter grootte van een aardse planeet," zegt Natalie Batalha van de Universiteit van Californië in Santa Cruz, die het team leidt. Inzicht in de samenstelling van de atmosfeer van een planeet is belangrijk omdat het ons iets vertelt over de oorsprong van de planeet en hoe hij geëvolueerd is. "Kooldioxidemoleculen zijn gevoelige tracers van het verhaal van planeetvorming," zegt Mike Line van de Arizona State University, een ander lid van dit onderzoeksteam. "Door deze kooldioxide-eigenschap te meten, kunnen we bepalen hoeveel vast versus hoeveel gasvormig materiaal werd gebruikt om deze gasreuzenplaneet te vormen. In het komende decennium zal JWST deze meting doen voor een verscheidenheid aan planeten, en zo inzicht verschaffen in de details van hoe planeten ontstaan en het unieke karakter van ons eigen zonnestelsel."
Early Release Science
Deze NIRSpec-prismawaarneming van WASP-39 b is slechts één onderdeel van een groter onderzoek dat waarnemingen van de planeet omvat met meerdere Webb-instrumenten, evenals waarnemingen van twee andere planeten die op doorreis zijn. Het onderzoek, dat deel uitmaakt van het Early Release Science programma, is opgezet om de exoplaneet-onderzoeksgemeenschap zo snel mogelijk van robuuste Webb-gegevens te voorzien. "Het doel is om de Early Release Science-waarnemingen snel te analyseren en open-source tools te ontwikkelen die de wetenschapsgemeenschap kan gebruiken," legt Vivien Parmentier, een medeonderzoeker van de Universiteit van Oxford, uit. "Dit maakt bijdragen van over de hele wereld mogelijk en zorgt ervoor dat de best mogelijke wetenschap uit de komende decennia van waarnemingen zal komen."
Natasha Batalha, co-auteur van de paper van NASA's Ames Research Center, voegt daaraan toe dat "NASA's open science guiding principles zijn gecentreerd in ons Early Release Science werk, waarbij een inclusief, transparant en collaboratief wetenschappelijk proces wordt ondersteund." De James Webb-ruimtetelescoop is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin onderzoeken. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door de NASA met zijn partners, de ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.
Bron: NASA
