Ontdekking van de atmosfeer van een exoplaneet rond een witte dwerg toont aan dat stervende sterren toch een voortvarende toekomst kan bieden aan hun planeten.
Wat gebeurt er met een planetenstelsel wanneer de ster aan het einde van zijn leven komt? Slechts tien dagen terug schreven wij over het mogelijke lot van onze eigen planeet. Maar nu hebben astronomen ook een gedetailleerd beeld kunnen krijgen van de atmosfeer van een planeet die rond een dode ster draait. De bevindingen, zojuist in Nature geplubliceerd, geven een uniek inzicht in het lot dat onze eigen gasreuzen mogelijk te wachten staat, miljarden jaren in de toekomst.
Een internationaal team onder leiding van de Universiteit van St. Andrews gebruikte de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) om de exoplaneet WD 1856 b te bestuderen, een Jupiter-achtige gaswereld. De planeet draait in een extreem korte omloopbaan van 1,4 dagen om een witte dwergster, die zich op zo’n 80 lichtjaar van de Aarde bevindt. Het is de eerste keer dat wetenschappers succesvol een atmosfeer hebben gedetecteerd op een planeet die rond een stellaire restant draait.
Een warmte-overschot en een onverwachte baan
De sleutel tot het begrijpen van dit vreemde systeem lag in de temperatuur van de planeet. Uit de JWST-waarnemingen bleek dat WD 1856 b een effectieve temperatuur heeft van zo’n 400 Kelvin (127 graden Celsius). Dat is veel hoger dan de verwachte 160 Kelvin (ongeveer -113 graden Celsius) op basis van de straling van de witte dwerg. De temperatuur van WD 1856 b is dus verhoogd, alsof de planeet een ‘koorts’ heeft die niet kan worden verklaard door de huidige warmtebron.
Deze warmte bleek een vingerafdruk van het verleden. Aangezien gasreuzen op een voorspelbare manier afkoelen, konden de onderzoekers de temperatuur van de planeet terug in de tijd volgen. Ze ontdekten dat WD 1856 b ooit veel heter moet zijn geweest en dat de huidige hitte een restant is van een opwarmingsgebeurtenis. Die opwarming vond plaats tussen de 3,0 en 5,5 miljard jaar na het einde van de rode reuzenfase van de ster.
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Atmosfeer met koolstof en wolken
De analyse van het spectrum, dat licht bevat van de ster dat door de atmosfeer van de planeet is gefilterd, bracht niet alleen de temperatuur aan het licht, maar ook de chemische samenstelling. Het team, dat gebruik maakte van de NIRSpec PRISM-modus van JWST, detecteerde de duidelijke signatuur van koolwaterstoffen in de atmosfeer. Methaan (CH₄) is de belangrijkste boosdoener, met een overvloed van ongeveer zeven procent.
Daarnaast vonden de wetenschappers aanwijzingen voor aerosolen, kleine deeltjes die wolken vormen in de atmosfeer. Volgens de onderzoekers wijst het hoge koolstofbindingengehalte erop dat de planeet zijn huidige atmosfeer heeft verkregen door het verzamelen van materiaal, mogelijk rondom zijn migratie naar binnen toe.
Een ontsnapping aan de ondergang
De grote vraag was hoe WD 1856 b de gewelddadige dood van zijn ster heeft overleefd en in een baan is beland die vijftig keer dichter bij de ster staat dan de Aarde bij de zon. Toen de ster nog een rode reus was, zou de planeet op deze afstand zeker zijn verzwolgen.
De nieuwe gegevens sluiten het scenario van een ‘overlevende insluiting’ uit. Daarbij zou de planeet tijdens de rode reuzenfase zijn opgeslokt en er later weer uit tevoorschijn zijn gekomen. De timing van de opwarming, miljarden jaren na de vorming van de witte dwerg, past daar niet bij. In plaats daarvan wijzen de resultaten op een ‘high-eccentricity migration’: de planeet overleefde de rode reus op een veilige, wijde baan, en migreerde pas veel later via een hoog excentrieke baan naar de huidige, krappere circulaire baan waarin deze nu wordt aangetroffen. De zwaartekracht van de begeleidende sterren in het drievoudige systeem veroorzaakte waarschijnlijk deze baanveranderingen van de exoplaneet en daarmee de opwarming door getijdenkrachten die optraden tijdens het circularisatieproces van de baan waarin deze zich nu bevindt; dus aan het einde van een intrigerende tocht.
Een nieuw tijdperk voor exoplaneetonderzoek
De ontdekking van de atmosfeer van WD 1856 b is een doorbraak voor de astronomie. Het laat zien dat het sterven van een ster niet het einde betekent voor de planeten die eromheen draaien. Sterker nog, deze planeten kunnen een nieuwe, dynamische toekomst tegemoet gaan, lang nadat hun zon is uitgedoofd. De onderzoekers hebben inmiddels vier nieuwe transits van de planeet waargenomen om de chemie nog beter in kaart te brengen. Deze studie opent een geheel nieuw hoofdstuk in de studie van exoplaneten, waarbij witte dwergen dienen als een natuurlijk laboratorium om het uiteindelijke lot van planetenstelsels, waaronder dat van onze eigen zon, te voorspellen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook De zon slokt de aarde wellicht toch niet op, al scheelt het weinig of Mogelijk is een van onze planeten verdwenen. Dat kan verklaren waarom ons zonnestelsel er nu zo uitziet.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
