Onderzoekers hebben met behulp van NASA’s Webb-ruimtetelescoop het sterkste bewijs tot nu toe gevonden voor een atmosfeer om een rotsachtige planeet buiten ons zonnestelsel. Waarnemingen van de ultrahete ‘superaarde’ TOI-561 b suggereren dat de exoplaneet wordt omgeven door een dikke laag gassen boven een wereldwijde magma-oceaan. De resultaten gaan in tegen de gangbare opvatting dat relatief kleine planeten die dicht bij hun ster staan geen atmosfeer kunnen vasthouden. RUG-sterrenkundige Tim Lichtenberg en promovenda Emma Postolec werkten aan het onderzoek mee.
Met een straal van ongeveer anderhalf keer die van de aarde en een omlooptijd van minder dan elf uur behoort TOI-561 b tot een zeldzame klasse van exoplaneten met een ultrakorte omlooptijd. Hoewel de moederster maar iets kleiner en koeler is dan de zon, draait TOI-561 b op slechts een veertigste van de afstand tussen Mercurius en zon – minder dan anderhalf miljoen kilometer – om zijn ster. Hierdoor is altijd dezelfde kant van de planeet naar de ster gericht en is de temperatuur van de permanente dagzijde veel hoger dan de smelttemperatuur van gesteente.
Maar wat deze planeet echt onderscheidt, is zijn abnormaal lage dichtheid. Een mogelijke verklaring daarvoor is dat de planeet een relatief kleine ijzerkern heeft, en een mantel van gesteente dat niet zo dicht is als dat op aarde. Die exotische samenstelling kan echter niet alles verklaren. Het team had dan ook het vermoeden dat TOI-561 b omgeven kan zijn door een dikke atmosfeer, waardoor hij groter lijkt dan hij in werkelijkheid is. Hoewel kleine planeten die miljarden jaren lang zijn ‘gebakken’ in de brandende gloed van hun ster naar verwachting geen atmosfeer hebben, vertonen sommige tekenen dat ze niet volledig uit kale rotsen of lava bestaan.
Om de hypothese te testen dat TOI-561 b een atmosfeer heeft, gebruikte het team de nabij-infrarood spectrograaf van de Webb-ruimtetelescoop om de temperatuur aan de dagzijde van de planeet te meten. Dit gebeurde met een techniek waarbij de afname in helderheid van het ster-planeetsysteem wordt gemeten terwijl de planeet achter de ster langs beweegt.
Als TOI-561 b een kale rots is, zonder atmosfeer die warmte naar de nachtzijde transporteert, zou de temperatuur aan zijn dagzijde bijna 2700 graden Celsius moeten bedragen. Maar uit de NIRSpec-waarnemingen blijkt dat de temperatuur aan de dagzijde van de planeet rond de 1800 graden ligt – nog steeds extreem heet, maar veel koeler dan verwacht.
Om de resultaten te verklaren heeft het team een aantal verschillende scenario’s overwogen. De magma-oceaan zou de warmte kunnen laten circuleren, maar zonder atmosfeer zou de nachtzijde waarschijnlijk uit vast gesteente bestaan, waardoor de warmte niet van de dagzijde weg kan stromen. Een dunne laag rotsdamp op het oppervlak van de magma-oceaan is ook mogelijk, maar zou op zichzelf waarschijnlijk een veel kleiner koelend effect hebben dan is waargenomen.
Blijft de vraag: hoe kan een kleine planeet die aan zulke intense straling wordt blootgesteld überhaupt een atmosfeer vasthouden, laat staan een die zo dik is? Sommige gassen moeten naar de ruimte ontsnappen, maar misschien gaat dat niet zo efficiënt als verwacht.
‘We denken dat er een evenwicht bestaat tussen de magma-oceaan en de atmosfeer. Terwijl gassen uit de planeet komen om de atmosfeer te voeden, zuigt de magma-oceaan ze weer terug naar binnen’, aldus medeauteur Tim Lichtenberg van de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Deze planeet moet heel veel meer vluchtige stoffen bevatten dan de aarde om de waarnemingen te verklaren. Het is echt een natte bal lava.’
Oorspronkelijk persbericht