Astronomen hebben enkele van de beste gegevens tot nu toe verzameld over de samenstelling van een planeet die bekend staat als HR 8799c - een jonge gigantische gasplaneet van ongeveer 7 keer de massa van Jupiter die elke 200 jaar om zijn ster draait.

Het team gebruikte ultramoderne instrumenten bij het W.M. Keck Observatory op Maunakea, Hawaii om het bestaan ​​van water in de atmosfeer van de planeet te bevestigen, evenals een gebrek aan methaan.

Terwijl andere onderzoekers eerder soortgelijke metingen van deze planeet hadden gedaan, deze nieuwe, robuustere gegevens demonstreren de kracht van het combineren van hoge resolutie spectroscopie met een techniek die bekend staat als adaptieve optica, die corrigeert voor het vervagingseffect van de atmosfeer van de aarde.

"Dit soort technologie is precies wat we in de toekomst willen gebruiken om te zoeken naar tekenen van leven op een aardachtige planeet. We zijn er nog niet, maar we marcheren vooruit, " zegt Dimitri Mawet, een universitair hoofddocent astronomie bij Caltech en een onderzoekswetenschapper bij JPL, die Caltech voor NASA beheert.

Mawet is co-auteur van een nieuw artikel over de bevindingen die vandaag zijn gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift . De hoofdauteur is Ji Wang, voorheen een postdoctoraal onderzoeker bij Caltech en nu een assistent-professor aan de Ohio State University.

Foto's maken van planeten die om andere sterren draaien - exoplaneten - is een formidabele taak. Het licht van de gaststerren overtreft ver de planeten, waardoor ze moeilijk te zien zijn.

Tot nu toe zijn meer dan een dozijn exoplaneten rechtstreeks in beeld gebracht, waaronder HR 8799c en drie van zijn planetaire metgezellen. In feite, HR 8799 is het enige systeem met meerdere planeten waarvan een foto is genomen. Ontdekt met behulp van adaptieve optica op de Keck II-telescoop, de directe beelden van HR8799 zijn de allereerste van een planetair systeem dat om een ​​andere ster dan onze zon draait.

Zodra een afbeelding is verkregen, astronomen kunnen instrumenten gebruiken, spectrometers genoemd, om het licht van de planeet te breken, als een prisma dat zonlicht in een regenboog verandert, waardoor de vingerafdrukken van chemicaliën worden onthuld. Tot dusver, deze strategie is gebruikt om meer te weten te komen over de atmosferen van verschillende gigantische exoplaneten.

De volgende stap is om hetzelfde te doen, alleen voor kleinere planeten die dichter bij hun sterren staan ​​(hoe dichter een planeet bij zijn ster is en hoe kleiner zijn grootte, hoe moeilijker het is om te zien).

Het uiteindelijke doel is om te zoeken naar chemicaliën in de atmosferen van aardachtige planeten die rond de 'bewoonbare zone' van de ster draaien - inclusief eventuele biosignaturen die op leven kunnen duiden, zoals water, zuurstof, en methaan.

Mawet's groep hoopt dit te doen met een instrument van de komende Thirty Meter Telescope, een gigantische telescoop gepland voor het einde van de jaren 2020 door verschillende nationale en internationale partners, inclusief Caltech.

Maar voor nu, de wetenschappers perfectioneren hun techniek met behulp van Keck Observatory - en, in het proces, leren over de composities en dynamiek van reuzenplaneten.

"Direct, met Kek, we kunnen nu al leren over de fysica en dynamiek van deze gigantische exotische planeten, die in niets lijken op de planeten van ons eigen zonnestelsel, " zegt Wang.

In de nieuwe studie de onderzoekers gebruikten een instrument op de Keck II-telescoop genaamd NIRSPEC (near-infrared cryogenic echelle spectrograph), een spectrometer met hoge resolutie die werkt in infrarood licht.

Ze koppelden het instrument aan de krachtige adaptieve optica van Keck Observatory, a method for creating crisper pictures using a guide star in the sky as a means to measure and correct the blurring turbulence of Earth's atmosphere.

This is the first time the technique has been demonstrated on directly imaged planets using what's known as the L-band, a type of infrared light with a wavelength of around 3.5 micrometers, and a region of the spectrum with many detailed chemical fingerprints.

"The L-band has gone largely overlooked before because the sky is brighter at this wavelength, " says Mawet. "If you were an alien with eyes tuned to the L-band, you'd see an extremely bright sky. It's hard to see exoplanets through this veil."

The researchers say that the addition of adaptive optics made the L-band more accessible for the study of the planet HR 8799c. In hun studie hebben they made the most precise measurements yet of the atmospheric constituents of the planet, confirming it has water and lacks methane as previously thought.

"We are now more certain about the lack of methane in this planet, " says Wang. "This may be due to mixing in the planet's atmosphere. The methane, which we would expect to be there on the surface, could be diluted if the process of convection is bringing up deeper layers of the planet that don't have methane."

The L-band is also good for making measurements of a planet's carbon-to-oxygen ratio—a tracer of where and how a planet forms. Planets form out of swirling disks of material around stars, specifically from a mix of hydrogen, zuurstof, and carbon-rich molecules, zoals water, koolmonoxide, and methane.

These molecules freeze out of the planet-forming disks at different distances from the star—at boundaries called snowlines. By measuring a planet's carbon-to-oxygen ratio, astronomers can thus learn about its origins.

Mawet's team is now gearing up to turn on their newest instrument at Keck Observatory, called the Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). It will also use adaptive optics-aided high-resolution spectroscopy but can see planets that are fainter than HR 8799c and closer to their stars.

"KPIC is a springboard to our future Thirty Meter Telescope instrument, " says Mawet. "For now, we are learning a great deal about the myriad ways in which planets in our universe form."