Deze illustratie toont de exoplaneet WASP-39 b en zijn ster. Krediet: Melissa Weiss/Centrum voor Astrofysica | Harvard & Smithsonian
Nieuwe Webb Space Telescope-waarnemingen van WASP-39 b onthullen onder andere een nog nooit eerder gezien molecuul in de atmosfeer van een planeet – zwaveldioxide.
De reeks zeer gevoelige instrumenten van de telescoop werd gericht op de atmosfeer van WASP-39 b, een « hot » Saturnus” op ongeveer 700 lichtjaar afstand. Een hete Saturnus is een exoplaneet dat is ongeveer net zo massief als Saturnus en draait dicht om een ster zodat het hoge oppervlakte-atmosfeertemperaturen heeft. Hoewel Webb en andere ruimtetelescopen, waaronder Hubble en Spitzer, eerder geïsoleerde ingrediënten van de atmosfeer van deze grillige planeet hebben onthuld, bieden de nieuwe metingen een volledig menu van atomen, moleculen en zelfs tekenen van actieve chemie en wolken.
« De helderheid van de signalen van een aantal verschillende moleculen in de gegevens is opmerkelijk », zegt Mercedes López-Morales, een astronoom bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian en een van de wetenschappers die hebben bijgedragen aan de nieuwe resultaten.
« We hadden voorspeld dat we veel van die signalen zouden zien, maar toch, toen ik de gegevens voor het eerst zag, was ik onder de indruk », voegt López-Morales toe.
De nieuwste gegevens geven ook een hint van hoe deze wolken in exoplaneten er van dichtbij uit zouden kunnen zien: opgebroken in plaats van een enkele, uniforme deken over de planeet.
De bevindingen voorspellen veel goeds voor het vermogen van Webb om het brede scala aan onderzoeken naar exoplaneten – planeten rond andere sterren – uit te voeren waar wetenschappers op hoopten. Dat omvat het onderzoeken van de atmosfeer van kleinere, rotsachtige planeten zoals die in het TRAPPIST-1-systeem.
“We observeerden de exoplaneet met meerdere instrumenten die samen een brede strook van het infraroodspectrum en een arsenaal aan chemische vingerafdrukken bieden die ontoegankelijk waren tot Webb, » zei Natalie Batalha, een astronoom aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, die heeft bijgedragen aan en heeft geholpen bij de coördinatie het nieuwe onderzoek. « Data als deze zijn een game changer. »
Webb Space Telescope-waarnemingen van WASP-39 b onthullen zwaveldioxide in de atmosfeer. Dit is de eerste keer dat dit is gedetecteerd in de atmosfeer van een exoplaneet. Krediet: Melissa Weiss/Centrum voor Astrofysica | Harvard & Smithsonian
De reeks ontdekkingen wordt gedetailleerd beschreven in een set van vijf nieuwe ingediende wetenschappelijke artikelen, beschikbaar op de preprint-server arXiv. Een van de ongekende onthullingen is de eerste detectie in de atmosfeer van een exoplaneet van zwaveldioxide, een molecuul dat wordt geproduceerd door chemische reacties veroorzaakt door hoogenergetisch licht van de moederster van de planeet. Op aarde ontstaat op een vergelijkbare manier de beschermende ozonlaag in de bovenste atmosfeer.
« De verrassende detectie van zwaveldioxide bevestigt eindelijk dat fotochemie het klimaat van hete Saturnus bepaalt », zegt Diana Powell, een <span class= »glossaryLink » aria-describedby= »tt » data-cmtooltip= »
NASA
De National Aeronautics and Space Administration (NASA), opgericht in 1958, is een onafhankelijke instantie van de federale regering van de Verenigde Staten die de National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) opvolgde. Het is verantwoordelijk voor het civiele ruimteprogramma, evenals voor luchtvaart- en ruimtevaartonderzoek. Haar visie is « Kennis ontdekken en uitbreiden ten behoeve van de mensheid. » De kernwaarden zijn « veiligheid, integriteit, teamwerk, uitmuntendheid en inclusie ».
” data-gt-translate-attributen=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>NASA Hubble fellow, astronoom bij het Center for Astrophysics en kernlid van het team dat de zwaveldioxide-ontdekking deed. « Het klimaat op aarde wordt ook gevormd door fotochemie, dus onze planeet heeft meer gemeen met ‘hete Saturnus’ dan we eerder wisten! »
Jea Adams, een afgestudeerde student aan Harvard en onderzoeker aan het Center for Astrophysics, analyseerde de gegevens die het zwaveldioxidesignaal bevestigden.
« Als een vroege carrière-onderzoeker op het gebied van exoplaneet-atmosferen, is het zo opwindend om deel uit te maken van een detectie als deze », zegt Adams. “Het proces van het analyseren van deze gegevens voelde magisch. We zagen hints van deze functie in vroege gegevens, maar dit instrument met hogere precisie onthulde de signatuur van SO2 duidelijk en hielp ons de puzzel op te lossen.
De atmosferische samenstelling van de hete gasreus exoplaneet WASP-39 b is onthuld door NASA’s James Webb Space Telescope. Deze afbeelding toont vier transmissiespectra van drie van Webb’s instrumenten die in vier instrumentmodi worden gebruikt. Linksboven tonen gegevens van NIRISS vingerafdrukken van kalium (K), water (H2O) en koolmonoxide (CO). Rechtsboven tonen gegevens van NIRCam een prominente watersignatuur. Linksonder geven gegevens van NIRSpec water, zwaveldioxide (SO2), kooldioxide (CO2) en koolmonoxide (CO) aan. Rechtsonder onthullen aanvullende NIRSpec-gegevens al deze moleculen, evenals natrium (Na). Krediet: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Bij een geschatte temperatuur van 1600 graden <span class= »glossaryLink » aria-describedby= »tt » data-cmtooltip= »
Fahrenheit
De Fahrenheit-schaal is een temperatuurschaal, genoemd naar de Duitse natuurkundige Daniel Gabriel Fahrenheit en gebaseerd op een schaal die hij in 1724 voorstelde. Op de Fahrenheit-temperatuurschaal is het vriespunt van bevriezend water 32 °F en kookt water bij 212 °F, 180 °F scheiding, zoals gedefinieerd op zeeniveau en standaard atmosferische druk.
” data-gt-translate-attributen=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Fahrenheit en een atmosfeer die voornamelijk uit waterstof bestaat, wordt aangenomen dat WASP-39 b niet bewoonbaar is. De exoplaneet is vergeleken met zowel Saturnus als <span class= »glossaryLink » aria-describedby= »tt » data-cmtooltip= »
Jupiter
Jupiter is de grootste planeet in het zonnestelsel en de vijfde planeet vanaf de zon. Het is een gasreus met een massa die groter is dan alle andere planeten bij elkaar. De naam komt van de Romeinse god Jupiter.
” data-gt-translate-attributen=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Jupiter, met een massa vergelijkbaar met Saturnus, maar een totale grootte zo groot als Jupiter. Maar het nieuwe werk wijst de weg naar het vinden van bewijs van potentieel leven op een bewoonbare planeet.
De nabijheid van de planeet tot zijn gastster – acht keer dichter dan Mercurius bij onze zon – maakt het ook tot een laboratorium voor het bestuderen van de effecten van straling van gaststerren op exoplaneten. Betere kennis van de ster-planeetverbinding zou een beter begrip moeten opleveren van hoe deze processen de diversiteit van planeten creëren die in de melkweg worden waargenomen.
Andere atmosferische bestanddelen die door Webb zijn gedetecteerd, zijn onder meer natrium, kalium en waterdamp, wat eerdere waarnemingen van ruimte- en grondtelescopen bevestigt, evenals het vinden van extra waterpartijen, op langere golflengten, die nog niet eerder zijn waargenomen.
Webb zag ook koolstofdioxide met een hogere resolutie, wat twee keer zoveel gegevens opleverde als gerapporteerd uit zijn eerdere waarnemingen. Ondertussen werd koolmonoxide gedetecteerd, maar duidelijke handtekeningen van zowel methaan als waterstofsulfide ontbraken in de gegevens. Indien aanwezig, komen deze moleculen op zeer lage niveaus voor, een belangrijke bevinding voor wetenschappers die inventarisaties maken van de chemie van exoplaneten om de vorming en ontwikkeling van deze verre werelden beter te begrijpen.
Het vastleggen van zo’n breed spectrum van de atmosfeer van WASP-39 b was een wetenschappelijk hoogstandje, aangezien een internationaal team van honderden onafhankelijk geanalyseerde gegevens van vier van Webb’s fijn gekalibreerde instrumentmodi. Vervolgens maakten ze gedetailleerde onderlinge vergelijkingen van hun bevindingen, wat nog meer wetenschappelijk genuanceerde resultaten opleverde.
Webb bekijkt het universum in infrarood licht, aan de rode kant van het lichtspectrum voorbij wat menselijke ogen kunnen zien; waardoor de telescoop chemische vingerafdrukken kan oppikken die niet kunnen worden gedetecteerd in zichtbaar licht.
Elk van de drie instrumenten heeft zelfs een versie van de « IR » van infrarood in zijn naam: NIRSpec, NIRCam en NIRISS.
Om licht van WASP-39 b te zien, volgde Webb de planeet terwijl deze voor zijn ster passeerde, waardoor een deel van het sterlicht door de atmosfeer van de planeet kon filteren. Verschillende soorten chemicaliën in de atmosfeer absorberen verschillende kleuren van het sterlichtspectrum, dus de ontbrekende kleuren vertellen astronomen welke moleculen aanwezig zijn.
Door de atmosfeer van een exoplaneet zo nauwkeurig te ontleden, presteerden de Webb-instrumenten veel beter dan de verwachtingen van wetenschappers – en beloven ze een nieuwe fase van verkenning van de grote verscheidenheid aan exoplaneten in de melkweg.
López-Morales zegt: « Ik kijk er naar uit om te zien wat we vinden in de atmosfeer van kleine aardse planeten. »
Voor meer over dit onderwerp, zie NASA’s Webb onthult een exoplaneet zoals geen enkele in ons zonnestelsel.
Referentie: « Direct bewijs van fotochemie in een exoplaneetatmosfeer » door Shang-Min Tsai, Elspeth KH Lee, Diana Powell, Peter Gao, Xi Zhang, Julianne Moses, Eric Hébrard, Olivia Venot, Vivien Parmentier, Sean Jordan, Renyu Hu, Munazza K. Alam, Lili Alderson, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke, Carver J. Bierson, Ryan P. Brady, Ludmila Carone, Aarynn L. Carter, Katy L. Chubb, Julie Inglis, Jérémy Leconte, Mercedes Lopez-Morales, Yamila Miguel, Karan Molaverdikhani, Zafar Rustamkulov, David K. Sing, Kevin B. Stevenson, Hannah R Wakeford, Jeehyun Yang, Keshav Aggarwal, Robin Baeyens, Saugata Barat, Miguel de Val Borro, Tansu Daylan, Jonathan J. Fortney, Kevin France, Jayesh M Goyal, David Grant, James Kirk, Laura Kreidberg, Amy Louca, Sarah E. Moran, Sagnick Mukherjee, Evert Nasedkin, Kazumasa Ohno, Benjamin V. Rackham, Seth Redfield, Jake Taylor, Pascal Tremblin, Channon Visscher, Nicole L. Wallack, Luis Welbanks, Allison Youngblood, Eva-Maria Ahrer, Natasha E. Batalha, Patrick Behr, Zachory K. Berta-Thompson, Jasmina Blecic, SL Casewell, Ian JM Crossfield, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Keivn Heng, Thomas Henning, Eliza M.-R. Kempton, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Monika Lendl, Michael Line, Joshua D. Lothringer, Megan Mansfield, NJ Mayne, Thomas Mikal-Evans, Enric Palle, Everett Schlawin, Oliver Shorttle, Peter J. Wheatley en Sergei N. Yurchenko , 18 november 2022, Astrofysica > Aard- en planetaire astrofysica.
arXiv:2211.10490
