Het is nooit eerder gelukt om koolstofdioxide buiten ons zonnestelsel direct op beeld vast te leggen. Tot nu: James Webb slaagde erin om beelden te maken van CO2 in HR 8799, een planetenstelsel op zo’n 130 lichtjaar afstand.
De waarnemingen van de ruimtetelescoop leveren sterk bewijs dat de vier reuzenplaneten van het systeem op ongeveer dezelfde manier zijn gevormd als Jupiter en Saturnus, namelijk door langzaam een vaste kern op te bouwen.
“Met deze ontdekking is aangetoond dat er zwaardere elementen, zoals koolstof, zuurstof en ijzer, in de atmosfeer van deze planeten zitten. Op basis van wat we al weten over de ster waar ze omheen draaien, concluderen we dat ze waarschijnlijk zijn gevormd door kernaccretie, wat voor planeten die we direct kunnen zien een bijzondere conclusie is”, aldus hoofdonderzoeker William Balmer, astrofysicus aan de Johns Hopkins University.
Jong systeem
HR 8799 is een relatief jong planetenstelsel van ongeveer 30 miljoen jaar oud. Ter vergelijking: ons zonnestelsel gaat al 4,6 miljard jaar mee. De planeten van HR 8799 zijn nog heet van hun vorming en zenden grote hoeveelheden infrarood licht uit. Dat levert waardevolle gegevens op over hoe hun vorming zich verhoudt tot die van sterren of bruine dwergen.
Reuzenplaneten kunnen namelijk op twee manieren ontstaan: door langzaam een vaste kern op te bouwen die gas aantrekt, zoals ons eigen zonnestelsel, of door snel vanuit de afkoelende schijf van een jonge ster ineen te storten tot massieve objecten. Het is belangrijk om te weten welk model het meeste voorkomt, zodat wetenschappers onderscheid kunnen maken tussen de soorten planeten die ze in andere stelsels vinden.
“Onze hoop met dit soort onderzoek is om ons eigen zonnestelsel, het leven en onszelf beter te begrijpen in vergelijking met andere planetaire systemen, zodat we ons bestaan in context kunnen plaatsen”, legt Balmer uit. “We willen foto’s maken van andere zonnestelsels om te zien in hoeverre ze verschillen van het onze. Van daaruit kunnen we proberen een idee te krijgen van hoe vreemd ons zonnestelsel eigenlijk is – of juist hoe normaal.”
Knappe prestatie
Er zijn nog maar heel weinig exoplaneten rechtstreeks in beeld gebracht, omdat verre planeten vele duizenden keren zwakker zijn dan hun sterren. De directe beelden die nu zijn gemaakt, kunnen duidelijk maken of de objecten die om andere sterren draaien echt reuzenplaneten zijn of iets anders, zoals bruine dwergen, die zich vormen als het sterren maar niet lukt om genoeg massa te verzamelen om kernfusie te laten ontstaan.
Wederom een knappe prestatie van James Webb, die mogelijk werd door de coronagrafen van de telescoop. Coronagrafen blokkeren het felle licht van de moederster, dat anders in de weg zit om de exoplaneet te kunnen waarnemen. Het is vergelijkbaar met een zonsverduistering.
Het team ontdekte dat de vier HR 8799-planeten meer zware elementen bevatten dan eerder werd gedacht, nog een aanwijzing dat ze op dezelfde manier zijn gevormd als de gasreuzen in ons eigen zonnestelsel. De waarnemingen vormen ook de allereerste detectie van de binnenste planeet, HR 8799 e. Het toont aan hoe gevoelig Webb is bij het waarnemen van zwakke planeten dicht bij heldere sterren.
WASP-39 b
In 2022 detecteerde James Webb al indirect kooldioxide op een andere exoplaneet, genaamd WASP-39 b, door te volgen hoe zijn atmosfeer het sterlicht veranderde toen hij voor zijn ster langsging, maar dat was dus een indirecte waarneming.
Rémi Soummer, die eerder de coronagraaf-operaties van Webb leidde, vertelt: “We wisten dat JWST de kleuren van de buitenplaneten in direct in beeld gebrachte systemen kon meten. Maar we hebben tien jaar moeten wachten op de bevestiging dat we met de telescoop ook de binnenplaneten konden bereiken. Nu zijn de resultaten binnen en kunnen we er interessante wetenschap mee doen.”
Het team hoopt de coronagrafen van Webb te kunnen gebruiken om meer reuzenplaneten te analyseren en hun samenstelling te vergelijken met theoretische modellen. “Deze reuzenplaneten hebben behoorlijk veel impact”, legt Balmer uit. “Het zijn enorme planeten die zich gedragen als bowlingballen die door je zonnestelsel denderen. Zo kunnen ze planeten als de onze echt verstoren, beschermen of een beetje van beide doen, dus het is cruciaal om meer te begrijpen over hun vorming.”
