Hoog in de atmosfeer van de planeten WASP-121b en WASP-76b hebben onderzoekers tot hun grote verbazing het zwaarste element aangetroffen dat tot op heden in een buitenaardse atmosfeer is ontdekt: barium.

In onze eigen atmosfeer hebben we het allemaal al wel een keertje gezien: barium. Het zware element zit namelijk onder meer in vuurwerk en zorgt dan voor de felgroene kleuren die je aan de hemel ziet. In de atmosfeer van planeten buiten ons zonnestelsel was het zware element echter nog nooit gespot. Maar nieuwe waarnemingen van de Very Large Telescope brengen daar nu verandering in.

Exoplaneten
Met behulp van de telescoop hebben wetenschappers namelijk barium ontdekt in de atmosfeer van twee ultrahete Jupiters: WASP-121b en WASP-76. Dat is op zichzelf natuurlijk al een bijzondere ontdekking, maar wat de waarnemingen nog unieker maakt, is dat het zware element – barium is ongeveer 2,5 keer zwaarder dan ijzer – zich ook nog eens heel hoog in de atmosfeer blijkt op te houden.

“Het raadselachtige en contra-intuïtieve is: waarom zit er zo’n zwaar element in de bovenste lagen van de atmosfeer van deze planeten?” vraagt onderzoeker Tomás Azevedo Silva zich hardop af. “Gezien de sterke zwaartekracht van deze planeten zouden we verwachten dat zware elementen zoals barium snel naar de onderste lagen van de atmosfeer zouden zakken,” voegt collega Olivier Demangeon toe.

Ultrahete Jupiters
WASP-76b en WASP-121b zijn zogenoemde ultrahete Jupiters. Die benaming hebben ze te danken aan het feit dat ze ongeveer net zo groot zijn als ‘onze’ Jupiter, maar aanzienlijk dichter bij hun moederster staan en daardoor ook heel heet zijn. Zo zijn oppervlaktetemperaturen van meer dan 1000 graden Celsius eerder regel dan uitzondering. Die hoge temperaturen zorgen ervoor dat op deze planeten nogal – in ieder geval in onze optiek – vreemde dingen gebeuren. Zo vermoeden astronomen bijvoorbeeld dat het op WASP-76b ijzer regent!

Hoe barium zo hoog in de atmosfeer van de planeten terechtkomt, is onduidelijk. “Op dit moment weten we niet zeker wat de mechanismen zijn,” aldus Demangeon.

Toevallig
De onderzoekers detecteerden het zware element toen ze het licht van de moedersterren van WASP-76b en WASP-121b bestudeerden nadat het door de omvangrijke atmosferen van deze planeten was gesijpeld. Elementen in die atmosferen veranderen het spectrum van dat sterlicht en verraden zo hun aanwezigheid. “Dit (de detectie van barium, red.) was in zekere zin een ‘toevallige’ ontdekking,” stelt onderzoeker Azevedo Silva. “We verwachtten of zochten niet specifiek naar barium en we moesten controleren of deze signatuur daadwerkelijk van de planeet afkomstig was, aangezien het nog nooit eerder bij een exoplaneet was gezien.”

Dergelijke onverwachte ontdekkingen geven wel aan dat er nog veel is wat we niet over (de atmosferen van) exoplaneten weten. De verwachting is echter wel dat we veel van die geheimen de komende jaren gaan ontrafelen. Een belangrijke rol is daarbij onder meer weggelegd voor ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, waarmee de Extremely Large Telescope, die nu in Chili wordt gebouwd, zal worden uitgerust en waarmee astronomen de atmosferen van grote en kleinere exoplaneten – waaronder ook aardachtige exemplaren – uitgebreid kunnen bestuderen.