Het verkenningstijdperk voor de nieuwe James Webb Space Telescope (JWST) wordt heet - vulkanisch heet.

Een multidisciplinaire groep Cornell-onderzoekers heeft lava in het laboratorium gemodelleerd en gesynthetiseerd als het soort gesteente dat zich op verre exoplaneten kan vormen. Ze ontwikkelden 16 soorten oppervlaktesamenstellingen als startcatalogus voor het vinden van vulkanische werelden met vurige landschappen en oceanen van magma.

Hun onderzoek, 'Volcanic Exoplanet Surfaces', werd gepubliceerd in de komende november 2022-editie van Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"We hebben composities gesynthetiseerd die representatief zijn voor mogelijke exoplaneetoppervlakken die metalliciteitsgegevens van sterren, thermodynamische modellering en laboratoriumexperimenten combineren", zegt hoofdauteur Esteban Gazel, de Charles N. Mellowes Professor in Engineering in het Department of Earth and Atmospheric Sciences (EAS) ), aan de Technische Hogeschool. Hij is ook lid van Cornell's interdisciplinaire Carl Sagan Institute (CSI).

"De nieuwe waarnemingen van lavawerelden door JWST onthullen de geheimen van wat voor soort plaatsen zich op onze kosmische kust bevinden", zegt co-auteur Lisa Kaltenegger, CSI-directeur en universitair hoofddocent astronomie aan het College of Arts and Sciences. "Onze catalogus van vulkanische exoplaneetoppervlakken biedt een hulpmiddel om te ontcijferen waaruit deze werelden bestaan."

Marc-Antoine Fortin, een voormalig medewerker in de onderzoeksgroepen van Gazel en Kaltenegger, heeft mogelijke fysieke exoplaneetoppervlakken gemaakt en gemeten, geleid door eerdere modellen van waaruit planeten rond bekende gastheersterren bestaan.

"Als aardse en planetaire wetenschappers zijn we op zoek naar aanwijzingen voor vroege planetaire evolutie," zei Fortin. "Hier op aarde hebben we enkele natuurlijke overblijfselen - heel oude rotsen - die ons een idee geven over onze eigen planeet miljarden jaren geleden.

"Deze lavawerelden zijn als een tijdmachine, omdat de aarde ooit ook lava was", zei Fortin. "Maar met exoplaneten, althans voor die planeten gevuld met magma, kunnen we planeten in verschillende stadia van hun evolutie zien."

Lavawerelden bieden sterke aanwijzingen voor de configuratie van exoplaneten, zei Fortin. "We kijken naar exoplaneten in andere kosmische buurten," zei hij, "we leren alles wat we kunnen over deze verre planeten die we, in ieder geval in ons leven, niet zullen kunnen bezoeken."

Met de succesvolle lancering van de Webb-telescoop en vruchtbare vroege opvragingen van gegevens en afbeeldingen, heeft de wetenschap de mogelijkheid om exoplaneten gedetailleerder dan ooit tevoren te verkennen, zei Gazel. "Onze vroege catalogus wordt een belangrijk hulpmiddel om de chemische samenstelling van vulkanische exoplaneten te begrijpen die niet het beste worden beschreven door analogen van het zonnestelsel," zei hij.

Megan Holycross, assistent-professor in EAS, werkt samen met Fortin, Gazel en Kaltenegger aan het onderzoek.

Om de catalogus samen te stellen, selecteerden Fortin en Gazel de samenstelling van mogelijke rotsachtige planetenmantels die representatief zijn voor planeten die zich rond verschillende sterren zouden kunnen vormen. Vervolgens berekenden ze met behulp van thermodynamische modellering oppervlaktesamenstellingen op verschillende smeltpunten.

In samenwerking met Holycross creëerde de groep synthetische lava in laboratoriumovens die overeenkwamen met deze composities, en koelde ze vervolgens af om mogelijke exoplaneetoppervlakken te repliceren.

Daarna heeft Fortin het mogelijke infraroodreflectiespectrum gemeten met behulp van de nieuwe spectroscopie-apparatuur in het laboratorium van Gazel. Hij koppelde hun chemische samenstelling aan een sterke spectrale eigenschap - bekend als het Christiansen-kenmerk, een piek gevonden op bijna 8 micrometer - die correleert met het silicagehalte en andere belangrijke chemische componenten.

Volgens Fortin is er een nog groter beeld:"We proberen niet alleen exoplaneten te begrijpen, maar alle rotsachtige planeten, inclusief die van ons." + Verder verkennen

Exoplaneet klimaat 'decoder' helpt bij zoektocht naar leven