Om de eigenschappen van de planeet te kunnen verklaren simuleerden de wetenschappers de ontwikkeling van L 98-59 d vanaf het moment van zijn ontstaan, zo'n vijf miljard jaar geleden. Hun computermodel – PROTEUS – berekende de interacties tussen het diepe binnenste van de planeet en zijn atmosfeer gedurende miljarden jaren. De simulaties hielden rekening met de intense ultraviolette straling van de nabije ster en met de interne chemische en fysische evolutie van de planeet. Een samenspel van deze processen vormden de planeet zoals hij nu is.
De simulaties, in combinatie met waarnemingen, laten zien dat het oppervlak van L 98-59 d extreem heet is en bedekt moet zijn met een wereldwijde oceaan van magma waarin grote hoeveelheden zwavel zijn opgeslagen. De JWST heeft waterstofsulfide en zwaveldioxide hoog in de atmosfeer van de planeet gedetecteerd, de eerste detectie van zwavel op een planeet van deze omvang. Dit werd recent bevestigd door de meting van waterstofsulfide op dezelfde planeet, met behulp van telescopen op aarde. Volgens de wetenschappers is deze zwavel uit de magmaoceaan ontsnapt en onder invloed van ultraviolette straling in de atmosfeer omgezet in zwaveldioxide.
Opmerkelijk genoeg valt de ‘zwavelplaneet’ niet in een van de bekende categorieën voor planeten van deze omvang. Er zijn wellicht meer types superaardes dan tot nu toe werd gedacht, aldus de onderzoekers. Volgens de wetenschappers laat de studie zien hoe groot de invloed van interne geofysische processen kan zijn op het klimaat van superaardes.
Nieuwe categorie exoplaneten
Exoplaneten met een diameter tussen 1,5 en 4 keer die van de aarde vielen tot nu toe in grofweg twee categorieën. Het zijn ofwel rotsachtige planeten met een waterstofrijke atmosfeer (‘gasdwergen’), of ze beschikken over een ‘stoomatmosfeer’ en een grote hoeveelheid water in hun binnenste (‘waterwerelden’). Op basis van de samenstelling en dichtheid van de atmosfeer lijkt L 98-59 d in geen van beide categorieën te passen.
De wetenschappers concluderen dat ze de eerste planeet hebben gekarakteriseerd van een nieuwe klasse superaardes. Deze zou zich op een fundamenteel andere manier hebben gevormd en ontwikkeld dan de gasdwergen en waterwerelden. “De metingen en simulaties van L 98-59 d tonen aan dat de populatie superaardes – de meest voorkomende soort exoplaneten – waarschijnlijk veel diverser zijn dan eerder werd aangenomen”, zegt Tim Lichtenberg, universitair docent aan het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen en medeauteur van het wetenschappelijke artikel.
Onbewoonbare magmawereld
L 98-59 d werd in 2019 ontdekt door de TESS-ruimtetelescoop. L 98-59 is een dwergster met zover bekend vijf planeten. Het planetenstelsel bevindt zich op iets minder dan 35 lichtjaar van het zonnestelsel in het sterrenbeeld Zuidervis.
Gezien de afstand is het onmogelijk om deze exoplaneten te bezoeken. Astronomen moeten vertrouwen op waarnemingen – in dit geval door JWST en de Very Large Telescope in Chili. “Dit soort observaties leveren informatie op over globale eigenschappen, zoals de grootte en massa van de planeet en de samenstelling van de atmosfeer”, zegt Lichtenberg. “Door de ontwikkeling van realistische computermodellen kunnen we nu inzicht krijgen in het binnenste van exoplaneten, de ontstaansgeschiedenis en de evolutie van hun klimaat.”
De astronomen willen hun simulaties nu toepassen op waarnemingen van andere exoplaneten om beter te begrijpen welke werelden mogelijk op de aarde lijken en welke zich in een extreem gesmolten stadium bevinden. “Met ons simulatiemodel PROTEUS kunnen we de ontstaansgeschiedenis van veel meer planeten met verschillende samenstellingen en klimaatgeschiedenissen bepalen”, zegt Lichtenberg. “Dat levert informatie op over het oppervlak van deze werelden en of ze in theorie geschikt zijn voor leven zoals we dat kennen.” Vanwege het gesmolten oppervlak lijkt de kans op buitenaards leven op L 98-59 d klein.
JWST levert momenteel een schat aan nieuwe informatie over exoplaneten, die de komende jaren verder wordt aangevuld door de Extremely Large Telescope op aarde en de ruimtemissies Ariel en PLATO. Dit kan meer nieuwe soorten exoplaneten opleveren, waarvan het binnenste en het klimaat op deze manier onderzocht worden.
“Ons onderzoek naar deze gesmolten zwavelwereld laat zien dat we in een nieuw tijdperk in de planetaire wetenschap zitten. We ontdekken nieuwe families van planeten die ons begrip van de planetaire evolutie op zijn kop zetten”, concludeert Harrison Nicholls, eerste auteur van de studie, die onlangs promoveerde aan de Universiteit van Oxford en nu als postdoc werkt aan de Universiteit van Cambridge.