Nog niet eerder hebben astronomen een mini-Neptunus – een planeettype dat we in ons zonnestelsel niet kennen, maar daarbuiten wel veelvuldig voorkomt – zo gedetailleerd kunnen bekijken.
De bevindingen zijn terug te lezen in het blad Nature en handelen over de planeet GJ 1214b. Deze planeet bevindt zich op meer dan 40 lichtjaar afstand en wordt ook wel aangeduid als een ‘mini-Neptunus’. Die aanduiding heeft de planeet te danken aan het feit dat deze minder zwaar is dan Neptunus, maar wel net als Neptunus over een dikke, nevelige atmosfeer beschikt.
Wolken
Hoe die atmosfeer in elkaar stak, was lang onduidelijk. Eerdere pogingen om de atmosfeer – toen nog met behulp van ruimtetelescoop Hubble – te karakteriseren, liepen op niets uit. Hubble stuitte namelijk hoog in de atmosfeer op een wolkendek dat de lagere delen van de atmosfeer aan het zicht onttrok en de telescoop ervan weerhield om de samenstelling van die atmosfeer te achterhalen. Dat was enigszins een teleurstelling, maar astronomen hielden goede moed dat de toen nog in aanbouw zijnde James Webb in de nabije toekomst kon onthullen wat zich onder het wolkendek schuilhield.
Webb
Inmiddels zijn we een aantal jaren verder en is James Webb volop in bedrijf. En daarmee zouden ook de geheimen van GJ 1214b dus niet langer veilig moeten zijn. En dat is inderdaad het geval. Want in het nieuwe onderzoek geven wetenschappers – op basis van observaties met Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) een inkijkje in wat er onder het dichte wolkendek van GJ1214b te vinden is.
Hittekaart
Met behulp van MIRI maten onderzoekers hoeveel infrarood licht GJ 1214b afgaf, terwijl de planeet in ongeveer 40 uur tijd een rondje om zijn moederster voltooide. Op basis van de observaties konden de onderzoekers een ‘heat map‘ of hittekaart van GJ 1214b maken. En deze onthult onder meer dat de temperatuur van de permanent op de moederster gerichte zijde van de planeet (de dagzijde) aanzienlijk hoger ligt dan de temperatuur van de permanent van de moederster afgewende zijde (de nachtzijde). “De nachtzijde is kouder dan de dagzijde,” aldus onderzoeker Eliza Kempton. Heel concreet lopen de temperaturen uiteen van 279 graden Celsius aan de dagzijde tot 165 graden Celsius aan de nachtzijde.
Zwaardere moleculen
En die temperatuurmetingen kunnen ons vervolgens weer meer vertellen over de samenstelling van de atmosfeer. Zo is zo’n groot temperatuurverschil tussen de dag- en nachtzijde alleen mogelijk als de atmosfeer uit zwaardere moleculen – zoals water of methaan – is opgebouwd en juist arm is aan lichtere moleculen – zoals waterstof.
Geschiedenis van de planeet
Meer onderzoek is nodig om de exacte samenstelling van de atmosfeer te achterhalen, maar op basis van de voorlopige waarnemingen zijn de onderzoekers er vrij zeker van dat in de atmosfeer waterdamp te vinden is. Als vervolgonderzoek dat bevestigen kan, kan dat ons ook weer meer inzicht geven in de totstandkoming en geschiedenis van GJ 1214b. Zo lijkt de atmosfeer van GJ 1214b zoals gezegd relatief weinig waterstof te herbergen en onderscheidt deze zich daarmee duidelijk van de waterstofrijke moederster. Dat is op twee manieren te verklaren. Eén mogelijkheid is dat de atmosfeer van GJ 1214b in beginsel wel veel waterstof herbergde, maar dat dit op een bepaald moment verloren is gegaan. Een andere mogelijkheid is dat de planeet niet dicht bij de moederster, maar juist op grotere afstand van de moederster, uit meer ijzig en waterrijk materiaal, is gevormd. “GJ 1214b kan – afgaand op onze observaties – zomaar een waterwereld zijn,” stelt Kempton. In dat laatste scenario zou de planeet in een later stadium richting de ster zijn gereisd om zich uiteindelijk in zijn huidige, nauwe baan te nestelen. “Als je een waterrijke planeet vindt, is de simpelste verklaring daarvoor dat deze op grotere afstand van de moederster is ontstaan,” stelt Kempton.
Verrassing
De nieuwe observaties leveren ook nog een verrassing op. Zo blijkt GJ 1214b veel koeler te zijn dan verwacht. En dat is dan weer te herleiden naar de opvallend heldere atmosfeer die een groot deel van het licht van de moederster reflecteert in plaats van absorbeert. Het moet iets te maken hebben met de nevels hoog in de atmosfeer van GJ 1214b, waarvan eerder nog werd aangenomen dat ze bestonden uit vrij donker, roetachtige materiaal dat juist veel licht zou absorberen. “De samenstelling van de nevels of wolken is anders dan verwacht,” stelt Kempton. “Ze zijn helder en reflecterend en dat is verwarrend en verrassend.”
En daarmee is over GJ 1214b het laatste woord zeker nog niet gezegd. Ook hopen de onderzoekers in de nabije toekomst – onder meer met behulp van James Webb – andere mini-Neptunussen onder de loep te nemen, om zo een beter beeld te krijgen van hoe deze in ons zonnestelsel afwezige, maar buiten het zonnestelsel zo goed vertegenwoordigde planeettypen in elkaar steken en totstandkomen.
