Wetenschap
Webb Telescope biedt een eerste glimp van het interieur van een exoplaneet
Een verrassend lage hoeveelheid methaan en een supergrote kern verbergen zich in de suikerspinachtige planeet WASP-107 b.
De onthullingen, gebaseerd op gegevens verkregen door de James Webb Space Telescope, markeren de eerste metingen van de kernmassa van een exoplaneet en zullen waarschijnlijk toekomstige studies van planetaire atmosferen en interieurs ondersteunen, een sleutelaspect in de zoektocht naar bewoonbare werelden buiten ons zonnestelsel. /P>
‘Kijken in het binnenste van een planeet op honderden lichtjaren afstand klinkt bijna onmogelijk, maar als je de massa, straal, atmosferische samenstelling en warmte van het binnenste kent, heb je alle onderdelen die je nodig hebt om er een idee van te krijgen. wat erin zit en hoe zwaar die kern is”, zegt hoofdauteur David Sing, een Bloomberg Distinguished Professor of Earth and Planetary Sciences aan de Johns Hopkins University. "Dit is nu iets dat we kunnen doen voor veel verschillende gasplaneten in verschillende systemen."
Vandaag gepubliceerd in Natuur , toont het onderzoek aan dat de planeet duizend keer minder methaan heeft dan verwacht en een kern die twaalf keer massiever is dan die van de aarde.
WASP-107 b, een gigantische planeet omgeven door een verzengende atmosfeer zo donzig als katoen, draait rond een ster op ongeveer 200 lichtjaar afstand. Hij is gezwollen vanwege zijn bouw:een wereld ter grootte van Jupiter, met slechts een tiende van de massa van die planeet.
Hoewel er methaan aanwezig is – een bouwsteen van het leven op aarde – wordt de planeet niet als bewoonbaar beschouwd vanwege de nabijheid van zijn moederster en het ontbreken van een vast oppervlak. Maar het zou belangrijke aanwijzingen kunnen bevatten over de planetaire evolutie in een laat stadium.
In een afzonderlijke studie die vandaag in Nature is gepubliceerd , ontdekten andere wetenschappers ook methaan met de Webb-telescoop en gaven vergelijkbare inzichten over de grootte en dichtheid van de planeet.
"We willen kijken naar planeten die meer lijken op de gasreuzen in ons eigen zonnestelsel, die veel methaan in hun atmosfeer hebben", zei Sing. "Dit is waar het verhaal van WASP-107 b echt interessant werd, omdat we niet wisten waarom de methaanniveaus zo laag waren."
De nieuwe methaanmetingen suggereren dat het molecuul in andere verbindingen transformeert terwijl het vanuit het binnenste van de planeet naar boven stroomt en in wisselwerking staat met een mengsel van andere chemicaliën en sterlicht in de hogere atmosfeer. Het team mat ook zwaveldioxide, waterdamp, kooldioxide en koolmonoxide en ontdekte dat WASP-107 b meer zware elementen bevat dan Uranus en Neptunus.
Het profiel van de chemie van de planeet begint belangrijke stukjes te onthullen in de puzzel van hoe planetaire atmosferen zich gedragen in extreme omstandigheden, zei Sing. Zijn team zal het komende jaar soortgelijke waarnemingen doen op nog eens 25 planeten met de Webb-telescoop.
"We hebben dit mengproces in de atmosfeer van een exoplaneet nog nooit in detail kunnen bestuderen, dus dit zal een grote bijdrage leveren aan het begrijpen van hoe deze dynamische chemische reacties werken", aldus Sing. "Het is iets dat we absoluut nodig hebben als we naar rotsachtige planeten en biomarkersignaturen gaan kijken."
Wetenschappers hadden gespeculeerd dat de te grote straal van de planeet het gevolg was van een warmtebron binnenin, zei Zafar Rustamkulov, een doctoraalstudent aan de Johns Hopkins-universiteit in de planetaire wetenschappen die mede leiding gaf aan het onderzoek. Door atmosferische en interieurfysische modellen te combineren met Webbs gegevens van WASP-107 b, kon het team onderzoeken hoe de thermodynamica van de planeet de waarneembare atmosfeer beïnvloedt.
"De planeet heeft een hete kern, en die warmtebron verandert de chemie van de gassen dieper naar beneden, maar het zorgt ook voor deze sterke, convectieve vermenging die vanuit het binnenland naar boven borrelt," zei Rustamkulov. "We denken dat deze hitte ervoor zorgt dat de chemie van de gassen verandert, met name door het vernietigen van methaan en het maken van verhoogde hoeveelheden kooldioxide en koolmonoxide."
De nieuwe bevindingen vertegenwoordigen ook het duidelijkste verband dat wetenschappers hebben kunnen leggen over het interieur van een exoplaneet en de top van zijn atmosfeer, zei Rustamkulov. Vorig jaar ontdekte de Webb-telescoop zwaveldioxide op ongeveer 700 lichtjaar afstand in een andere exoplaneet genaamd WASP-39, wat het eerste bewijs leverde van een atmosferische verbinding die werd gecreëerd door door sterrenlicht aangedreven reacties.
Het Johns Hopkins-team concentreert zich nu op wat de kern warm zou kunnen houden, en verwacht dat er krachten zouden kunnen spelen die vergelijkbaar zijn met de krachten die hoog- en laagwater in de oceanen van de aarde veroorzaken. Ze zijn van plan om te testen of de planeet door zijn ster wordt uitgerekt en getrokken, en hoe dit de hoge hitte in de kern kan verklaren.