In de dichte atmosfeer van exoplaneet Janssen waaien permanente stormen over oceanen van lava

“Ik stel me voor dat er gigantische stenen kliffen zijn”, zegt Christiaan van Buchem, “die uitkijken over een oceaan van lava. En in het binnenland zijn er vulkanen en extreem harde wind.”

Deze visie op wat er gebeurt op exoplaneet 55 Cancri e is sciencefiction. Maar het zou wel eens kunnen, getuige de ontdekking die Van Buchem en zestien medeauteurs beschrijven Natuur: Deze exoplaneet, een planeet buiten het zonnestelsel, heeft een dichte atmosfeer.

“Daar wordt al ruim tien jaar over gedebatteerd, maar dit is een heel sterk bewijs”, zegt Van Buchem in zijn kantoor aan de Universiteit Leiden. De promovendus (blonde baard van de wetenschapper en tatoeage van het zonnestelsel op zijn linkerarm) verdedigt in oktober zijn proefschrift.

Exoplaneet 55 Cancri e is twee keer zo groot als de aarde en bijna negen keer zo zwaar, waardoor hij rotsachtig is en geen gasreus is die vergelijkbaar is met Jupiter. Het ‘jaar’ duurt nog geen 18 uur: gedurende die tijd draait de planeet rond de ster 55 Cancri, een ster in het sterrenbeeld Kreeft, die vanaf de aarde met het blote oog nauwelijks zichtbaar is. Officieel is 55 Cancri e ‘Janssen’ vernoemd naar de Middelburgse brillenmaker Zacharias Janssen (ca. 1585-1632), die mogelijk de telescoop heeft uitgevonden.

astronoomChristian van Buchem Het moet daar heel extreem zijn. echt hels

Neem de term ‘rotsachtig’ niet te letterlijk: aangezien Janssen dicht bij zijn ster staat, ligt de temperatuur rond de 1.700 graden. Het oppervlak bestaat grotendeels uit een oceaan van gesmolten gesteente. Janssen is een ‘lavaplaneet’. Het meest bijzondere is dat de atmosfeer niet is verdampt.

Het bewijs hiervoor is, net als in het geval van de astronomie, tamelijk indirect. Zelfs in de scherpste telescoopbeelden zijn de planeet en de ster niet van elkaar te onderscheiden omdat ze zo dicht bij elkaar staan. Veel exoplaneten worden ontdekt als ze voor hun ster langs passeren, ‘maar voor deze meting hebben we gekeken naar wat er gebeurt als de planeet achter de ster langs beweegt’, zegt Van Buchem.

Vlak voor dat moment is het nog zichtbaar. Het infraroodlicht dat het vervolgens uitstraalde, kwam terecht op twee detectoren aan boord van de James Webb Space Telescope. Even later gaat de planeet schuil achter zijn ster en ving de telescoop alleen maar sterlicht op.

De verschillen tussen deze twee afbeeldingen zijn minimaal: maximaal 0,1 per duizend. In werkelijkheid scheen de ster ook te helder, zegt Van Buchem. “55 Cancri is 41 lichtjaar verwijderd. Dat is behoorlijk dichtbij. Sommige pixels waren overbelicht.”

Vier teams van astronomen analyseerden de succesvolle metingen op vier verschillende manieren om vertekening te voorkomen. Het resultaat (het licht van de ster plus de planeet, minus het licht van de ster alleen) is een benaderend spectrum van het licht van de planeet. En dat spectrum, berekende Van Buchem, past niet echt bij een lavaplaneet zonder atmosfeer. De promovendus ontwikkelde software om lavaplaneten bij verschillende samenstellingen en temperaturen te simuleren. “55 Cancri e kijkt altijd vanaf dezelfde kant naar de ster, waardoor die permanente ‘dagkant’ erg heet wordt. Als er geen atmosfeer is, kan die warmte moeilijk naar de nachtzijde verdwijnen”, legt hij uit.

Selecteer bedrijf

In dat geval zou de dagzijde relatief veel licht uitstralen, maar dat is niet wat de telescoop zag: de gemeten curve komt veel beter overeen met de simulatie van Mantas Zilinskas, onderzoeker bij ruimteonderzoeksinstituut SRON, een gebouw verderop te Leiden. Zilinskas berekende een spectrum voor een planeet met een dichte atmosfeer. Van Buchem: “Als er atmosfeer is, kan de warmte worden herverdeeld naar de nachtzijde. “Dus je krijgt een koeler spectrum, en dat is wat we hier zien.”

Bovendien waren CO-karakteristieken zichtbaar in het Zilinskas-spectrum en in de metingen.₂ of CO (koolmonoxide) als hoofdbestanddeel van die atmosfeer. De druk zou tussen de 1 en 200 atmosfeer liggen, vergelijkbaar met of dichter dan de atmosfeer van de aarde. Janssen sluit zich daarmee aan bij een select groepje: alleen de rotsplaneten Venus en Aarde, evenals Saturnusmaan Titan, hebben een vergelijkbare atmosfeer. Al is Janssen niet echt verenigbaar met het leven zoals wij dat kennen vanwege de smelttemperaturen van de rotsen.

Maar het is mogelijk om serieus te fantaseren, zegt Van Buchem, die hoopt dat toekomstige observaties meer details zullen opleveren. De temperatuurverschillen in Janssen veroorzaken sterke stormen in de dichte atmosfeer, vooral op de grens tussen dag en nacht, waar wellicht een oceaan van lava grenst aan een gloeiende rotskust. Van Buchem: “En daar hebben we ook nog een eeuwige zonsondergang, waarbij de ster permanent laag boven de horizon van de gloeiende lavazee staat. Het moet daar heel extreem zijn. Echt een hel.”

Delen





E-mail de redacteur