Het GRAVITY-instrument van ESO's Very Large Telescope Interferometer (VLTI) heeft de eerste directe waarneming van een exoplaneet gedaan met behulp van optische interferometrie. Deze methode onthulde een complexe exoplanetaire atmosfeer met wolken van ijzer en silicaten die wervelden in een planeetbrede storm. De techniek biedt unieke mogelijkheden om veel van de tegenwoordig bekende exoplaneten te karakteriseren.

Dit resultaat is vandaag bekend gemaakt in een brief in het journaal Astronomie en astrofysica door de GRAVITY-samenwerking, waarin ze observaties van de exoplaneet HR8799e presenteren met behulp van optische interferometrie. De exoplaneet werd in 2010 ontdekt in een baan rond de jonge hoofdreeksster HR8799, die ongeveer 129 lichtjaar van de aarde verwijderd is in het sterrenbeeld Pegasus.

Het resultaat van vandaag, die nieuwe kenmerken van HR8799e onthult, vereist een instrument met een zeer hoge resolutie en gevoeligheid. GRAVITY kan de vier unit telescopen van ESO's VLT gebruiken om samen een enkele grotere telescoop na te bootsen met behulp van een techniek die interferometrie wordt genoemd. Dit creëert een supertelescoop - de VLTI - die het licht van de HR8799e-atmosfeer en het licht van zijn moederster verzamelt en nauwkeurig ontwart.

HR8799e is een 'super-Jupiter', een wereld die anders is dan die in ons zonnestelsel, dat is zowel massiever als veel jonger dan welke planeet dan ook die om de zon draait. Op slechts 30 miljoen jaar oud, deze baby-exoplaneet is jong genoeg om wetenschappers een kijkje te geven in de vorming van planeten en planetaire systemen. De exoplaneet is door en door onherbergzaam:overgebleven energie van zijn vorming en een krachtig broeikaseffect verhit HR8799e tot een vijandige temperatuur van ongeveer 1000 °C.

Dit is de eerste keer dat optische interferometrie is gebruikt om details van een exoplaneet te onthullen, en de nieuwe techniek leverde een prachtig gedetailleerd spectrum van ongekende kwaliteit op - tien keer gedetailleerder dan eerdere waarnemingen. De metingen van het team konden de samenstelling van de atmosfeer van de HR8799e onthullen, die enkele verrassingen bevatte.

"Onze analyse toonde aan dat HR8799e een atmosfeer heeft die veel meer koolmonoxide bevat dan methaan - iets wat niet verwacht wordt van evenwichtschemie, " legt teamleider Sylvestre Lacour-onderzoeker CNRS van het Observatoire de Paris-PSL en het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics uit. "We kunnen dit verrassende resultaat het beste verklaren met sterke verticale winden in de atmosfeer die voorkomen dat koolmonoxide reageert met waterstof om methaan te vormen ."

Het team ontdekte dat de atmosfeer ook wolken van ijzer en silicaatstof bevat. In combinatie met de overmaat aan koolmonoxide, dit suggereert dat de atmosfeer van de HR8799e verwikkeld is in een enorme en hevige storm.

"Onze waarnemingen suggereren een gasbol verlicht vanuit het interieur, met stralen van warm licht wervelend door stormachtige stukken donkere wolken, ", legt Lacour uit. "Convectie beweegt rond de wolken van silicaat- en ijzerdeeltjes, die uiteenvallen en naar binnen regenen. Dit schetst een beeld van een dynamische atmosfeer van een gigantische exoplaneet bij de geboorte, complexe fysische en chemische processen ondergaan."

Dit resultaat bouwt voort op GRAVITY's reeks indrukwekkende ontdekkingen, waaronder doorbraken zoals vorig jaar de waarneming van gas dat met 30% van de lichtsnelheid wervelt net buiten de waarnemingshorizon van het massieve zwarte gat in het galactische centrum. Het voegt ook een nieuwe manier toe om exoplaneten te observeren aan het toch al uitgebreide arsenaal aan methoden dat beschikbaar is voor ESO's telescopen en instrumenten, en maakt de weg vrij voor nog veel meer indrukwekkende ontdekkingen.

Dit onderzoek werd gepresenteerd in de paper "First directe detectie van een exoplaneet door optische interferometrie" in Astronomie en astrofysica .