Een planeet rechtstreeks fotograferen is extreem lastig. Toch is het onderzoekers nu gelukt om met behulp van de ruimtetelescoop James Webb een opvallend lichte exoplaneet, met een massa vergelijkbaar met die van Saturnus, voor het eerst rechtstreeks vast te leggen. Het gaat om de jongste en lichtste planeet ooit die op die manier in beeld is gebracht.
TWA 7 b is een planeet met een massa vergelijkbaar met Saturnus. Hoewel al lichtere exoplaneten indirect zijn waargenomen, is dit de lichtste planeet die direct is waargenomen. Eerdere rechtstreekse observaties met andere telescopen brachten planeten in beeld die tien keer zwaarder waren.
Exoplaneten zijn planeten buiten ons zonnestelsel. Ze vinden is een flinke uitdaging, vooral als ze klein zijn. Anne-Marie Lagrange, een van de onderzoekers achter de studie waarin TWA 7 b beschreven wordt, legt het aan Scientias.nl uit: “Exoplaneten zijn erg zwakke objecten, veel zwakker dan hun moederster. Bovendien staan ze vanuit ons perspectief aan de hemel heel dicht bij die ster. Als je dus naar een planetenstelsel kijkt zonder gespecialiseerde instrumenten (zoals coronagrafen op grote telescopen), zie je enkel de ster, niet de planeet.” Het felle licht van de ster overstemt namelijk het zwakke schijnsel van de planeet, en vanaf de aarde maakt onze dampkring het beeld ook nog eens wazig.
De truc van Webb
Hoe hebben ze TWA 7 b dan toch gezien? Dankzij de JWST en een speciaal hulpmiddel: de coronagraaf. Dit zit op het MIRI-instrument van de telescoop, dat kijkt naar infraroodlicht (warmtestraling). Lagrange legt het uit: “Eenvoudige coronagrafen bevatten kleine maskers die in het lichtpad van de telescoop worden geplaatst (op een focuspunt). Die maskers blokkeren fysiek het licht van de ster (die recht in het midden staat), maar niet het licht van de omgeving (dat onder een hoek binnenkomt).” De versie op Webb is nog beter: “In dit geval wordt dat gedaan door kleine verschuivingen in het lichtpad te introduceren, zodat het sterlicht zichzelf deels uitdooft via destructieve interferentie.” Of in mensentaal: het licht van de ster wordt ‘uitgezet’, zodat de planeet tevoorschijn komt.
TWA 7 b: een lichte planeet in een jong systeem
TWA 7 b is bijzonder. De planeet heeft 30 procent van de massa van Jupiter (ongeveer evenveel als Saturnus). Daarmee is het de lichtste exoplaneet die ooit direct is gefotografeerd. Dat gebeurde in het TWA 7-systeem. TWA 7 is een jonge ster met een schijf van stof en gas eromheen. Waarom een jong systeem? Lagrange: “Jonge systemen zijn bijzonder geschikt om planeten te fotograferen, omdat jonge planeten nog niet volledig zijn afgekoeld sinds hun vorming. Ze stralen dus meer licht uit dan oudere planeten met dezelfde massa, wat het makkelijker maakt om ze op te sporen.” En dat licht zien we vooral in het infrarood, waar Webb perfect voor is.
Ringen tonen verborgen planeten
In de stofschijf rond TWA 7 zagen astronomen ringen en lege zones. Dat zijn een soort kosmische vingerafdrukken. Lagrange: “Gaten in zulke schijven worden vaak geïnterpreteerd als tekenen van planeten die het beschikbare materiaal hebben ‘opgeruimd’. Tot nu toe was er echter nog geen planeet definitief bevestigd als veroorzaker van zo’n gat.” TWA 7 b zit precies in zo’n ring, wat wetenschappers inderdaad doet denken dat deze planeet het stof heeft weggeveegd. Computermodellen bevestigen dat dit klopt.
Nog geen aardachtige planeten
Waarom is dit zo spannend? Lagrange: “Tot nu toe waren alle rechtstreeks gefotografeerde planeten minstens tien keer zo zwaar. Dit geeft ons voor het eerst de kans om heel lichte planeten te bestuderen, en dan vooral hun atmosfeer.” Ze denkt dat Webb planeten kan zien die nog lichter zijn: “We schatten dat JWST zelfs planeten zou kunnen detecteren die drie keer lichter zijn dan deze – dus ongeveer 30 keer de massa van de aarde.” De planeet waar ET vandaan komt gaan we op deze manier wellicht niet vinden. Voor echte aardachtige planeten hebben we echter nog betere telescopen nodig, zoals de Extremely Large Telescope (ELT) met zijn METIS-instrument, momenteel in aanbouw in Chili.
