Met zijn spiegelsegmenten prachtig uitgelijnd en zijn wetenschappelijke instrumenten die worden gekalibreerd, is NASA's James Webb Space Telescope slechts enkele weken verwijderd van volledige werking. Kort nadat de eerste waarnemingen deze zomer zijn onthuld, zal de diepgaande wetenschap van Webb beginnen.

Onder de onderzoeken die voor het eerste jaar zijn gepland, zijn studies van twee hete exoplaneten die vanwege hun grootte en rotsachtige samenstelling als "superaarde" zijn geclassificeerd:de met lava bedekte 55 Cancri e en de luchtloze LHS 3844 b. Onderzoekers zullen Webb's zeer nauwkeurige spectrografen op deze planeten trainen om de geologische diversiteit van planeten in de melkweg en de evolutie van rotsachtige planeten zoals de aarde te begrijpen.

Super hete superaarde 55 Cancri e

55 Cancri e draait om minder dan 2,5 miljoen mijl van zijn zonachtige ster (een vijfentwintigste van de afstand tussen Mercurius en de zon), en voltooit één circuit in minder dan 18 uur. Met oppervlaktetemperaturen ver boven het smeltpunt van typische rotsvormende mineralen, wordt aangenomen dat de dagzijde van de planeet bedekt is met oceanen van lava.

Planeten die zo dicht bij hun ster draaien, worden verondersteld getijde-locked te zijn, met één kant te allen tijde naar de ster gericht. Als gevolg hiervan zou de heetste plek op de planeet degene moeten zijn die het meest direct naar de ster is gericht, en de hoeveelheid warmte die van de dagzijde komt, zou in de loop van de tijd niet veel moeten veranderen.

Maar dit lijkt niet het geval te zijn. Waarnemingen van 55 Cancri e van NASA's Spitzer Space Telescope suggereren dat het heetste gebied verschoven is van het deel dat het meest direct naar de ster is gericht, terwijl de totale hoeveelheid warmte die wordt gedetecteerd vanaf de dagzijde varieert.

Heeft 55 Cancri e een dikke atmosfeer?

Een verklaring voor deze waarnemingen is dat de planeet een dynamische atmosfeer heeft die warmte verplaatst. "55 Cancri e zou een dikke atmosfeer kunnen hebben die wordt gedomineerd door zuurstof of stikstof", legt Renyu Hu van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië uit, die een team leidt dat Webb's Near-Infrared Camera (NIRCam) en Mid-Infrared Instrument (MIRI) zal gebruiken. ) om het thermische emissiespectrum van de dagzijde van de planeet vast te leggen. "Als het een atmosfeer heeft, heeft [Webb] de gevoeligheid en het golflengtebereik om het te detecteren en te bepalen waar het van gemaakt is", voegde Hu eraan toe.

Of regent het 's avonds lava op 55 Cancri e?

Een andere intrigerende mogelijkheid is echter dat 55 Cancri e niet getijdig vergrendeld is. In plaats daarvan kan het zijn zoals Mercurius, drie keer roterend voor elke twee banen (wat bekend staat als een 3:2-resonantie). Als gevolg hiervan zou de planeet een dag-nachtcyclus hebben.

"Dat zou kunnen verklaren waarom het heetste deel van de planeet is verschoven", legt Alexis Brandeker uit, een onderzoeker van de Universiteit van Stockholm die een ander team leidt dat de planeet bestudeert. "Net als op aarde zou het even duren voordat het oppervlak is opgewarmd. De heetste tijd van de dag zou 's middags zijn, niet precies op het middaguur."

Het team van Brandeker is van plan deze hypothese te testen met behulp van NIRCam om de warmte te meten die wordt uitgestraald door de verlichte kant van 55 Cancri e tijdens vier verschillende banen. Als de planeet een 3:2 resonantie heeft, zullen ze elk halfrond twee keer observeren en zouden ze elk verschil tussen de hemisferen moeten kunnen detecteren.

In dit scenario zou het oppervlak gedurende de dag opwarmen, smelten en zelfs verdampen, waardoor een zeer dunne atmosfeer ontstaat die Webb kon detecteren. 'S Avonds zou de damp afkoelen en condenseren om druppeltjes lava te vormen die terug naar het oppervlak zouden regenen en weer vast zouden worden als de avond viel.

Iets koeler superaarde LHS 3844 b

Terwijl 55 Cancri e inzicht zal geven in de exotische geologie van een met lava bedekte wereld, biedt LHS 3844 b een unieke kans om het vaste gesteente op een exoplaneetoppervlak te analyseren.

Net als 55 Cancri e, draait LHS 3844 b extreem dicht bij zijn ster en voltooit hij één omwenteling in 11 uur. Omdat zijn ster relatief klein en koel is, is de planeet echter niet heet genoeg om het oppervlak te laten smelten. Bovendien geven Spitzer-waarnemingen aan dat het zeer onwaarschijnlijk is dat de planeet een substantiële atmosfeer heeft.

Waar is het oppervlak van LHS 3844 b van gemaakt?

Hoewel we het oppervlak van LHS 3844 b niet rechtstreeks met Webb in beeld kunnen brengen, maakt het ontbreken van een verduisterende atmosfeer het mogelijk om het oppervlak met spectroscopie te bestuderen.

"Het blijkt dat verschillende soorten gesteente verschillende spectra hebben", legt Laura Kreidberg van het Max Planck Institute for Astronomy uit. "Je kunt met je ogen zien dat graniet lichter van kleur is dan basalt. Er zijn vergelijkbare verschillen in het infraroodlicht dat rotsen afgeven."

Het team van Kreidberg zal MIRI gebruiken om het thermische emissiespectrum van de dagzijde van LHS 3844 b vast te leggen en dit vervolgens te vergelijken met spectra van bekende gesteenten, zoals basalt en graniet, om de samenstelling ervan te bepalen. Als de planeet vulkanisch actief is, kan het spectrum ook sporen van vulkanische gassen aan het licht brengen.

Het belang van deze waarnemingen gaat veel verder dan slechts twee van de meer dan 5.000 bevestigde exoplaneten in de melkweg. "Ze zullen ons fantastische nieuwe perspectieven geven op aardachtige planeten in het algemeen, en ons helpen te leren hoe de vroege aarde eruit zou kunnen zien toen het zo heet was zoals deze planeten nu zijn", zei Kreidberg.

Deze waarnemingen van 55 Cancri e en LHS 3844 b zullen worden uitgevoerd als onderdeel van Webb's Cycle 1 General Observers-programma. Programma's van algemene waarnemers werden competitief geselecteerd met behulp van een dubbel-anoniem beoordelingssysteem, hetzelfde systeem dat werd gebruikt om tijd op Hubble toe te wijzen. + Verder verkennen

Lava of niet, exoplaneet 55 Cancri e heeft waarschijnlijk atmosfeer