Voor het eerst is het chemische profiel van de atmosfeer van een exoplaneet onthuld. Een internationaal team van astronomen maakte hiervoor gebruik van gegevens van de dit jaar in gebruik genomen James Webb-telescoop. Het gaat om de zogenoemde hete Jupiter WASP-39b.

De exoplaneet WASP-39b bevindt zich op zo’n 700 lichtjaar van de aarde. De hete exoplaneet is iets groter dan Jupiter en cirkelt om een zonachtige ster. Ondanks dat de planeet groter is dan Jupiter, is de massa zo’n 75 procent kleiner dan die van de grootste planeet van ons zonnestelsel. De planeet is door de hoge temperaturen van zo’n 900 graden Celsius enorm opgezwollen. Dat komt weer door de geringe afstand tussen WASP-39b en de moederster. Die is namelijk acht keer kleiner dan de afstand tussen de zon en Mercurius. Dit betekent ook dat de exoplaneet niet veel tijd nodig heeft om een rondje om de ster te draaien: slechts vier dagen.

De korte omlooptijd biedt één groot voordeel voor wetenschappers: de planeet reist hierdoor namelijk regelmatig voor de ster langs. Tijdens zo’n planeetovergang sijpelt het licht van de ster door de atmosfeer. En die reis door de atmosfeer laat het licht niet onberoerd; onder invloed van de samenstelling van die atmosfeer verandert het spectrum van dat sterlicht. Of nauwkeuriger gezegd: het verandert de intensiteit van bepaalde kleuren van dat sterlicht (de kleurenwaaier van naast elkaar gelegen golflengtes noemen we een spectrum). Dat komt doordat verschillende gassen ook verschillende combinaties van licht absorberen. En een analyse van het spectrum van door de atmosfeer heen gereisd licht kan dan ook meer inzicht geven in de gassen die het licht onderweg is tegenkomen.

Vondst van koolstofdioxide was het begin
Eind augustus troffen wetenschappers koolstofdioxide aan in de atmosfeer van de exoplaneet. Nu is het volledige chemische profiel bekend. Dit betekent dat wetenschappers atomen, moleculen en zelfs tekenen van actieve chemie en wolken in kaart hebben gebracht. Zo weten astronomen dat er geen egaal wolkendek is, maar dat het wolkendek – net zoals op aarde – gebroken is.

“Dit gaat het onderzoeksgebied van exoplaneet volledig veranderen”, vertelt astronoom Jean-Michel Desert van de universiteit van Amsterdam. “We kunnen nu eindelijk de spectrale vingerafdrukken van de chemische samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten waarnemen.” Dit hebben astronomen te danken aan de James Webb-telescoop.

Waaruit bestaat het chemische profiel?
De meest bijzondere vondst is dat er zwaveldioxide in de atmosfeer aanwezig is. Dit is een molecuul dat wordt geproduceerd door chemische reacties die in gang worden gezet door hoogenergetisch licht van de moederster van WASP-39b. Dit is vergelijkbaar met hoe de ozonlaag in het bovenste deel van de aardatmosfeer wordt gevormd. “Het is de eerste keer dat we concreet bewijs zien van fotochemie op exoplaneten,” vertelt de Leidse astronoom Yamila Miguel. Miguel en haar collega’s gebruikten computermodellen van fotochemie om te verklaren hoe zwaveldioxide in de atmosfeer is ontstaan. Met deze modellen kunnen onderzoekers in de toekomst wellicht tekenen van leven op exoplaneten te ontdekken.

Verder bestaat de atmosfeer van de exoplaneet voornamelijk uit waterstof. Ook trof het onderzoeksteam natrium, kalium, koolmonoxide en waterdamp aan. Verder blijkt dat zuurstof veel overvloediger aanwezig is in de atmosfeer dan koolstof. Dit is een sterk bewijs dat de exoplaneet ver van de moederster is ontstaan. Tekenen van waterstofsulfide en methaan ontbraken en lijken niet aanwezig te zijn in de atmosfeer van de exoplaneet.

Astronomen zijn het erover eens dat er zo goed als zeker geen leven aanwezig is op de exoplaneet. Toch kunnen zij de opgedane kennis gebruiken om te snuffelen aan de atmosferen van andere exoplaneten, zoals kleinere rotsachtige aardachtige planeten. Wie weet ontdekken we zo ooit leven op andere werelden.