Astronomen hebben ontdekt dat een exoplaneet die meer dan twee keer zo groot is als de aarde potentieel bewoonbaar is. de zoektocht naar leven openen voor planeten die aanzienlijk groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus.

Een team van de Universiteit van Cambridge gebruikte de massa, straal, en atmosferische gegevens van de exoplaneet K2-18b en hebben vastgesteld dat het voor de planeet mogelijk is om vloeibaar water te herbergen onder bewoonbare omstandigheden onder zijn waterstofrijke atmosfeer. De resultaten worden gerapporteerd in De astrofysische journaalbrieven .

De exoplaneet K2-18b, 124 lichtjaar verwijderd, is 2,6 keer de straal en 8,6 keer de massa van de aarde, en draait om zijn ster binnen de bewoonbare zone, waar de temperatuur vloeibaar water zou kunnen laten bestaan. De planeet was het onderwerp van veel media-aandacht in het najaar van 2019, twee verschillende teams meldden detectie van waterdamp in de waterstofrijke atmosfeer. Echter, de omvang van de atmosfeer en de omstandigheden van het onderliggende interieur bleven onbekend.

"Er is waterdamp gedetecteerd in de atmosfeer van een aantal exoplaneten, maar, zelfs als de planeet zich in de bewoonbare zone bevindt, dat betekent niet noodzakelijkerwijs dat er bewoonbare omstandigheden aan de oppervlakte zijn, " zei Dr. Nikku Madhusudhan van Cambridge's Institute of Astronomy, die het nieuwe onderzoek leidde. "Om de vooruitzichten voor bewoonbaarheid vast te stellen, het is belangrijk om een ​​uniform begrip te krijgen van de interne en atmosferische omstandigheden op de planeet - in het bijzonder, of vloeibaar water onder de atmosfeer kan bestaan."

Gezien de grote omvang van K2-18b, er is gesuggereerd dat het meer op een kleinere versie van Neptunus zou lijken dan op een grotere versie van de aarde. Een 'mini-Neptunus' zal naar verwachting een aanzienlijke waterstof 'envelop' hebben rond een laag hogedrukwater, met een binnenkern van steen en ijzer. Als de waterstofomhulling te dik is, de temperatuur en druk aan het oppervlak van de waterlaag eronder zou veel te hoog zijn om leven te ondersteunen.

Nutsvoorzieningen, Madhusudhan en zijn team hebben aangetoond dat ondanks de grootte van K2-18b, het waterstofomhulsel is niet per se te dik en de waterlaag zou de juiste omstandigheden kunnen hebben om het leven te ondersteunen. Ze gebruikten de bestaande waarnemingen van de atmosfeer, evenals de massa en straal, om de samenstelling en structuur van zowel de atmosfeer als het interieur te bepalen met behulp van gedetailleerde numerieke modellen en statistische methoden om de gegevens te verklaren.

De onderzoekers bevestigden dat de atmosfeer waterstofrijk is met een aanzienlijke hoeveelheid waterdamp. Ze ontdekten ook dat de niveaus van andere chemicaliën zoals methaan en ammoniak lager waren dan verwacht voor een dergelijke atmosfeer. Of deze niveaus kunnen worden toegeschreven aan biologische processen valt nog te bezien.

Het team gebruikte vervolgens de atmosferische eigenschappen als randvoorwaarden voor modellen van het planetaire interieur. Ze onderzochten een breed scala aan modellen die zowel de atmosferische eigenschappen als de massa en straal van de planeet konden verklaren. Hierdoor konden ze het scala aan mogelijke omstandigheden in het interieur verkrijgen, inclusief de omvang van de waterstofomhulling en de temperaturen en drukken in de waterlaag.

"We wilden de dikte van de waterstofomhulling weten - hoe diep de waterstof gaat, " zei co-auteur Matthew Nixon, een doctoraat student aan het Instituut voor Sterrenkunde. "Hoewel dit een vraag is met meerdere oplossingen, we hebben aangetoond dat je niet veel waterstof nodig hebt om alle waarnemingen samen te verklaren."

De onderzoekers ontdekten dat de maximale omvang van de waterstofomhulling toegestaan ​​door de gegevens ongeveer 6% van de massa van de planeet is, hoewel de meeste oplossingen veel minder nodig hebben. De minimale hoeveelheid waterstof is ongeveer een miljoenste massa, vergelijkbaar met de massafractie van de atmosfeer van de aarde. Vooral, een aantal scenario's zorgen voor een oceaanwereld, met vloeibaar water onder de atmosfeer bij drukken en temperaturen die vergelijkbaar zijn met die in de oceanen van de aarde.

Deze studie opent de zoektocht naar bewoonbare omstandigheden en bio-signaturen buiten het zonnestelsel voor exoplaneten die aanzienlijk groter zijn dan de aarde, voorbij aardachtige exoplaneten. Aanvullend, planeten zoals K2-18b zijn beter toegankelijk voor atmosferische observaties met huidige en toekomstige observatiefaciliteiten. De atmosferische beperkingen die in dit onderzoek zijn verkregen, kunnen worden verfijnd met toekomstige waarnemingen met grote faciliteiten zoals de aanstaande James Webb Space Telescope.