Een team onder leiding van de Leidse astronoom Jayne Birkby heeft met ESO's Very Large Telescope de spectrale vingerafdruk van water gedetecteerd die afkomstig is van de atmosfeer van een exoplaneet. De detectie was mogelijk dankzij een nieuwe meettechniek waardoor astronomen op een efficiënte manier met aardse telescopen naar water in de atmosfeer van honderden exoplaneten kunnen speuren. Dr. Jayne Birkby presenteerde dit resultaat op 5 juli tijdens de RAS National Astronomy Meeting in St. Andrews, Scotland.
Sinds het begin van de negentiger jaren hebben astronomen bijna duizend planeten gevonden rond andere sterren dan de zon. Deze exoplaneten zijn meestal veel groter dan de aarde, en staan dichter bij hun ster dan wij bij de zon. Om deze redenen worden ze 'hot Jupiters' genoemd. Het team heeft de exoplaneet HD 189733b bestudeerd die elke 2,2 dagen om zijn ster draait en wordt verwarmd tot 1000 graden Celcius.
Astronomen vinden exoplaneten meestal door de gravitationele effecten van de planeet op de ster te meten. De planeet trekt een beetje aan de ster, waardoor hij heen en weer wiebelt. Deze beweging veroorzaakt een kleine verplaatsing van de spectraallijnen het spectrum (het Doppler-effect) synchroon aan het wiebelen van de ster, die correspondeert met een snelheidsvariatie in de orde van enkele kilometers per uur.
Het team heeft de techniek op zijn kop gezet door de gravitationele invloed van de ster op de planeet te bepalen. Deze invloed is veel groter; de planeet wordt met 400.000 kilometer per uur zijn baan rondgeslingerd. Ondanks de veel grotere snelheid is de invloed veel moeilijker waar te nemen doordat de planeet bijna duidend keer lichtzwakker is dan de ster. Het team was in staat de om de spectraallijnen van water in de atmosfeer van de exoplaneet te detecteren met de CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES) op de Very Large Telescope (VLT).
Door middel van dezelfde techniek hebben astronomen al eerder het simpele molecuul koolstofmonoxide gedetecteerd in de atmosfeer van dezelfde planeet, maar dit is de eerste keer dat het is toegepast om een complexer molecuul te vinden. De detectie van water geeft aan dat de deur open staat voor gedetailleerde bepaling van de chemische samenstelling van de atmosfeer van vele andere exoplaneten, inclusief moleculen zoals methaan en koolstofdioxide. Dit zijn essentiële ingrediënten om de ontstaansgeschiedenis van planeten te ontrafelen. De detectie maakt ook de weg vrij voor toekomstige observaties met de volgende generatie van grote telescopen, zoals de European Extremely Large Telescope (E-ELT) die in gebruik zal worden genomen in Chili in 2020. Deze telescopen zullen in staat zijn om de techniek toe te passen in de zoektocht naar indicatoren van leven, zoals zuurstof in de atmosfeer van exoplaneten die vergelijkbaar zijn met de de aarde.
Dr. Jayne Birkby, die het team heeft geleid, zegt: “Wij wisten dat deze techniek werkt voor simpele moleculen op korte golflengten, maar in de zoektocht naar water moesten wij observeren op langere golflengten. Op deze golflengten blokkeert de aarde in hoge mate de signalen waarnaar wij zoeken. Wij waren er niet zeker van dat wij iets zouden vinden. Natuurlijk waren wij opgetogen toen wij het signaal eruitzagen springen. Het betekent dat wij veel meer kunnen met deze techniek.“
“In het volgende decennium zal ons werk astronomen helpen hun zoektocht naar aardachtige planeten - en zelfs leven- rond andere sterren dan de zon te verfijnen. Het is ongelooflijk opwindend om te bedenken dat ik een dag zal meemaken dat wij naar een ster kunnen wijzen en met zekerheid kunnen zeggen dat het een wereld heeft als de onze.”
Meer informatie op de website van de RAS