Nadat eerder al rond tientallen gasreuzen buiten ons zonnestelsel een atmosfeer werd aangetroffen, is er nu – eindelijk – ook tamelijk overtuigend bewijs voor het bestaan van een dampkring rond een rotsachtige exoplaneet: 55 Cancri e.
Dat heeft een internationaal team van onderzoekers bekend gemaakt, waaronder ook wetenschappers van de Sterrewacht Leiden en SRON. Hun bevindingen verschijnen deze week in het blad Nature.
Over 55 Cancri e
Het onderzoeksartikel draait om 55 Cancri e. Deze planeet bevindt zich op zo’n 41 lichtjaar afstand van de aarde en cirkelt – samen met nog vier andere planeten – rond de zonachtige ster Cancri. 55 Cancri e is bijna twee keer zo groot als de aarde, maar heeft slechts een iets grotere dichtheid dan onze planeet. Daarmee kan de planeet gerekend worden tot de superaardes. Dit zijn planeten die groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus en qua samenstelling naar alle waarschijnlijkheid vergelijkbaar zijn met de rotsachtige planeten in ons eigen zonnestelsel.
Nauwe omloopbaan
55 Cancri e staat dicht bij zijn moederster, waardoor deze zeer sterk wordt opgewarmd en hoogstwaarschijnlijk een gesmolten oppervlak kent. Je kunt je dat oppervlak het beste voorstellen als een borrelende magma-oceaan. Die nauwe omloopbaan zorgt er bovendien waarschijnlijk voor dat de planeet een dag- en een nachtkant heeft, waarbij de dagkant altijd op de moederster gericht is en de nachtkant altijd van de moederster is afgewend.
Een atmosfeer?
55 Cancri e werd reeds in 2011 ontdekt. En eigenlijk vragen onderzoekers zich sinds die tijd ook al af of deze exoplaneet misschien een atmosfeer bezit. Dat is namelijk niet vanzelfsprekend en zeker niet als we kijken naar de omstandigheden waarin 55 Cancri e zich bevindt; die lijken niet direct heel gunstig voor het instandhouden van een atmosfeer. Want 55 Cancri e staat zoals gezegd heel dicht bij zijn moederster – ongeveer 25 keer dichter dan Mercurius bij de zon staat. Hierdoor kent de planeet niet alleen een heel hoge temperatuur, maar wordt deze ook nog eens voortdurend gebombardeerd met van zijn moederster afkomstige straling en zonnewind.
James Webb
Maar nieuwe metingen met behulp van de James Webb Telescoop hinten er nu sterk op dat die omstandigheden 55 Cancri e niet van het bezit van een atmosfeer kunnen weerhouden. Onderzoekers trekken die conclusie nadat ze James Webb inzetten om infrarood licht van 4 tot 12 micron dat van 55 Cancri e afkomt, te meten terwijl de planeet rond zijn moederster cirkelde. De onderzoekers waren daarbij met name geïnteresseerd in de helderheid terwijl de planeet achter de moederster stond – in feite meten ze dan dus alleen de helderheid van de moederster. Vervolgens maten ze ook de helderheid wanneer de planeet naast de moederster stond – oftewel de helderheid van de moederster en planeet samen. Door vervolgens de helderheid die gemeten was toen 55 Cancri e achter de moederster stond, van de helderheid die gemeten was toen 55 Cancri e naast de moederster stond, af te trekken, konden de onderzoekers de hoeveelheid infrarood licht op verschillende golflengten, afkomstig van de dagkant van de planeet, berekenen.
Warmte-energie
Een eerste aanwijzing dat 55 Cancri e een atmosfeer bezat, vonden de onderzoekers toen ze de temperatuurmetingen op basis van de warmte-energie – die wordt afgegeven in de vorm van infrarood licht – onder ogen kregen. Die onthulden dat de dagkant een temperatuur van zo’n 1540 graden Celsius had. Dat is een hoge temperatuur, maar niet zo hoog als de onderzoekers verwacht hadden als 55 Cancri e geen (noemenswaardige) atmosfeer zou bezitten. In dat scenario zou de dagzijde volgens hun berekeningen namelijk een temperatuur van 2200 graden Celsius moeten aantikken. Dat de temperatuur aan de dagzijde lager uitvalt, hint op de aanwezigheid van een atmosfeer, waarin de energie van de (hete) dagzijde naar de (koelere) nachtzijde wordt gedistribueerd. Het gaat waarschijnlijk om een atmosfeer die rijk is aan vluchtige stoffen.
Koolmonoxide of kooldioxide
Het bestaan daarvan wordt verder onderschreven door andere metingen van Webb. “We zien bewijs van een dip in het spectrum tussen 4 en 5 micron,” vertelt onderzoeker Aaron Bello-Arufe. “Minder van dit licht bereikt de telescoop. Dit suggereert de aanwezigheid van een atmosfeer die koolmonoxide of kooldioxide bevat, die dit licht absorbeert.”
Het vermoeden bestaat dat 55 Cancri e niet met deze dampkring geboren is, maar deze min of meer zelf heeft gecreëerd. En wel doordat gassen – mogelijk gaat het dus om koolmonoxide en kooldioxide – uit het inwendige van de planeet opborrelen. “Lava kan grote hoeveelheden water en kooldioxide opslaan,” vertelt onderzoeker Christiaan van Buchem. “We denken dan ook dat de lava-oceaan als reservoir kan dienen en de atmosfeer continu van gas kan voorzien.”
