Een door NASA geleid team heeft bewijs gevonden dat de te grote exoplaneet WASP-18b is ingepakt in een verstikkende stratosfeer vol koolmonoxide en verstoken van water. De bevindingen komen uit een nieuwe analyse van waarnemingen gedaan door de ruimtetelescopen Hubble en Spitzer.

De vorming van een stratosfeerlaag in de atmosfeer van een planeet wordt toegeschreven aan "zonnebrandcrème"-achtige moleculen, die ultraviolette (UV) en zichtbare straling van de ster absorberen en die energie vervolgens als warmte afgeven. De nieuwe studie suggereert dat de "hete Jupiter" WASP-18b, een massieve planeet die heel dicht bij zijn moederster draait, heeft een ongebruikelijke samenstelling, en de vorming van deze wereld zou heel anders kunnen zijn geweest dan die van Jupiter en gasreuzen in andere planetaire systemen.

"De samenstelling van WASP-18b tart alle verwachtingen, " zei Kyle Sheppard van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, hoofdauteur van het artikel gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven . "We kennen geen enkele andere planeet buiten het zonnestelsel waar koolmonoxide de bovenste atmosfeer zo volledig domineert."

Op aarde, ozon absorbeert UV in de stratosfeer, onze wereld beschermen tegen veel van de schadelijke straling van de zon. Voor het handjevol exoplaneten met stratosferen, de absorber wordt meestal beschouwd als een molecuul zoals titaniumoxide, een naaste verwant van titaandioxide, gebruikt op aarde als verfpigment en ingrediënt voor zonnebrandcrème.

De onderzoekers keken naar data verzameld voor WASP-18b, op 325 lichtjaar van de aarde, als onderdeel van een onderzoek om exoplaneten met stratosferen te vinden. De zwaargewicht planeet, die de massa heeft van 10 Jupiters, herhaaldelijk is waargenomen, waardoor astronomen een relatief grote hoeveelheid gegevens kunnen verzamelen. Deze studie analyseerde vijf verduisteringen van gearchiveerde Hubble-gegevens en twee van Spitzer.

Van het licht uitgezonden door de atmosfeer van de planeet op infrarode golflengten, buiten het zichtbare gebied, het is mogelijk om de spectrale vingerafdrukken van water en enkele andere belangrijke moleculen te identificeren. De analyse onthulde de eigenaardige vingerafdruk van WASP-18b, die op geen enkele tot nu toe onderzochte exoplaneet lijkt. Om te bepalen welke moleculen het meest waarschijnlijk overeenkwamen, het team voerde uitgebreide computermodellering uit.

"De enige consistente verklaring voor de gegevens is een overvloed aan koolmonoxide en heel weinig waterdamp in de atmosfeer van WASP-18b, naast de aanwezigheid van een stratosfeer, " zei Nikku Madhusudhan, een co-auteur van de studie van de Universiteit van Cambridge, Verenigd Koninkrijk. "Deze zeldzame combinatie van factoren opent een nieuw venster in ons begrip van fysieke en chemische processen in exoplanetaire atmosferen."

De bevindingen geven aan dat WASP-18b hete koolmonoxide heeft in de stratosfeer en koelere koolmonoxide in de laag van de atmosfeer eronder, de troposfeer genoemd. Het team heeft dit vastgesteld door twee soorten koolmonoxidesignaturen te detecteren, een absorptiesignatuur bij een golflengte van ongeveer 1,6 micrometer en een emissiesignatuur bij ongeveer 4,5 micrometer. Dit is de eerste keer dat onderzoekers beide soorten vingerafdrukken hebben gedetecteerd voor een enkel type molecuul in de atmosfeer van een exoplaneet.

In theorie, een andere mogelijke pasvorm voor de waarnemingen is koolstofdioxide, die een vergelijkbare vingerafdruk heeft. De onderzoekers sloten dit uit, want als er genoeg zuurstof beschikbaar zou zijn om koolstofdioxide te vormen, de atmosfeer moet ook wat waterdamp bevatten.

Om de spectrale vingerafdrukken te maken die het team heeft gezien, de bovenste atmosfeer van WASP-18b zou moeten worden geladen met koolmonoxide. Vergeleken met andere hete Jupiters, de atmosfeer van deze planeet zou waarschijnlijk 300 keer meer "metalen, " of elementen zwaarder dan waterstof en helium. Deze extreem hoge metalliteit zou erop wijzen dat WASP-18b tijdens zijn vorming mogelijk grotere hoeveelheden vast ijs heeft verzameld dan Jupiter, wat suggereert dat het misschien niet gevormd is zoals andere hete Jupiters.

"De verwachte lancering van de James Webb Space Telescope en andere toekomstige observatoria in de ruimte zullen ons de mogelijkheid geven om met nog krachtigere instrumenten verder te gaan en de verbazingwekkende reeks exoplaneten die er zijn te blijven verkennen, " zei Avi Mandell, een exoplaneetwetenschapper bij Goddard en de tweede auteur van het artikel.