Twee NASA-ruimtetelescopen werken samen om te identificeren, Voor de eerste keer, de gedetailleerde chemische "vingerafdruk" van een planeet tussen de afmetingen van de aarde en Neptunus. Er zijn geen planeten zoals deze in ons eigen zonnestelsel te vinden, maar ze komen vaak voor rond andere sterren.

De planeet, Gliese 3470 b (ook bekend als GJ 3470 b), kan een kruising zijn tussen de aarde en Neptunus, met een grote rotsachtige kern begraven onder een diep verpletterende waterstof- en heliumatmosfeer. Met een gewicht van 12,6 aardmassa's, de planeet is massiever dan de aarde, maar minder massief dan Neptunus (dat is meer dan 17 aardmassa's).

Veel vergelijkbare werelden zijn ontdekt door NASA's Kepler-ruimteobservatorium, wiens missie eindigde in 2018. In feite, 80% van de planeten in onze melkweg vallen mogelijk in dit massabereik. Echter, astronomen hebben tot nu toe nooit de chemische aard van zo'n planeet kunnen begrijpen, zeggen onderzoekers.

Door de inhoud van de atmosfeer van GJ 3470 b te inventariseren, astronomen zijn in staat om aanwijzingen te vinden over de aard en oorsprong van de planeet.

"Dit is een grote ontdekking vanuit het perspectief van de planeetvorming. De planeet draait heel dicht bij de ster en is veel minder massief dan Jupiter - 318 keer de massa van de aarde - maar is erin geslaagd de oorspronkelijke waterstof/heliumatmosfeer aan te groeien die grotendeels "niet-verontreinigd" is. door zwaardere elementen, " zei Björn Benneke van de Universiteit van Montreal, Canada. "Zoiets hebben we niet in het zonnestelsel, en dat maakt het opvallend."

Astronomen maakten gebruik van de gecombineerde multi-golflengtemogelijkheden van NASA's Hubble en Spitzer-ruimtetelescopen om een ​​eersteklas studie te doen van de atmosfeer van GJ 3470 b.

Dit werd bereikt door de absorptie van sterlicht te meten terwijl de planeet voor zijn ster passeerde (transit) en het verlies van gereflecteerd licht van de planeet toen het achter de ster passeerde (eclips). Allemaal opgeteld, de ruimtetelescopen observeerden 12 transits en 20 eclipsen. De wetenschap van het analyseren van chemische vingerafdrukken op basis van licht wordt 'spectroscopie' genoemd.

"Voor het eerst hebben we een spectroscopische handtekening van zo'n wereld, " zei Benneke. Maar hij weet niet wat hij moet classificeren:moet het een "superaarde" of "sub-Neptunus" worden genoemd? Of misschien iets anders?

Toevallig, de atmosfeer van GJ 3470 b bleek grotendeels helder, met slechts dunne nevelen, waardoor de wetenschappers diep in de atmosfeer kunnen doordringen.

"We verwachtten een atmosfeer die sterk verrijkt is met zwaardere elementen zoals zuurstof en koolstof die overvloedige waterdamp en methaangas vormen, vergelijkbaar met wat we op Neptunus zien", zei Benneke. "In plaats daarvan, we hebben een atmosfeer gevonden die zo arm is aan zware elementen dat de samenstelling lijkt op de waterstof/heliumrijke samenstelling van de zon."

Van andere exoplaneten die 'hete Jupiters' worden genoemd, wordt gedacht dat ze ver van hun sterren zijn gevormd, en migreren na verloop van tijd veel dichterbij. Maar deze planeet lijkt zich te hebben gevormd waar ze nu is, zegt Benneke.

De meest plausibele verklaring, volgens Benneke, is dat GJ 3470 b gevaarlijk dicht bij zijn rode dwergster werd geboren, dat is ongeveer de helft van de massa van onze zon. Hij veronderstelt dat het in wezen begon als een droge rots, en nam snel waterstof op uit een oerschijf van gas toen zijn ster nog heel jong was. De schijf wordt een 'protoplanetaire schijf' genoemd.

"We zien een object dat waterstof van de protoplanetaire schijf kon aangroeien, but didn't runaway to become a hot Jupiter, " said Benneke. "This is an intriguing regime."

One explanation is that the disk dissipated before the planet could bulk up further. "The planet got stuck being a sub-Neptune, " said Benneke.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope will be able to probe even deeper into GJ 3470 b's atmosphere thanks to the Webb's unprecedented sensitivity in the infrared. The new results have already spawned large interest by American and Canadian teams developing the instruments on Webb. They will observe the transits and eclipses of GJ 3470 b at light wavelengths where the atmospheric hazes become increasingly transparent.