Water ontdekt op potentieel levensvatbare exoplaneet

Een superaarde die op een afstand van 111 lichtjaar van de zon staat, is “de beste kandidaat voor levensvatbaarheid die we momenteel kennen,” zeggen astronomen.vrijdag 13 september 2019

Astronomen die studie doen naar exoplaneten, hebben met behulp van gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop voor het eerst waterdamp in de atmosfeer van een exoplaneet ter grootte van de aarde kunnen aantonen. Hoewel deze exoplaneet rond een ster draait die kleiner is dan onze zon, valt zijn omloopbaan binnen de zogenaamde ‘levensvatbare zone’, waar het warm genoeg is om het voorkomen van vloeibaar water op het oppervlak van een planeet mogelijk te maken.

De ontdekking werd begin deze week aangekondigd in twee onafhankelijke studies en volgt na jaren van observaties van de exoplaneet K2-18b, een superaarde die op een afstand van 111 lichtjaar van onze zon staat. K2-18b werd in 2015 door de NASA-sonde annex ruimtetelescoop Kepler ontdekt en lijkt helemaal niet op de aarde: hij heeft ruim achtmaal meer massa dan onze planeet, wat betekent dat het hetzij een ijsreus als Neptunus is, hetzij een rotsachtige planeet met een zeer dichte, waterstofrijke atmosfeer.

Exoplaneten 101
Exoplaneten roepen de vraag op of wij alleen zijn in het heelal. Ontdek welke soorten exoplaneten er zijn, welke methoden wetenschappers gebruiken om ze te vinden en hoeveel werelden er mogelijk bestaan in het Melkwegstelsel.

De omloopbaan van K2-18b ligt zevenmaal dichterbij zijn ster dan die van de aarde om de zon, maar omdat hij rond een zwakke rode ster van het type ‘M-dwerg’ draait, valt hij toch in de potentieel levensvatbare zone rond deze ster. Voorlopige modellen voorspellen dat de temperatuur op K2-18b ergens tussen de –73 en +47 graden Celsius valt en dat de planeet ongeveer evenveel licht weerkaatst als de aarde. De gemeten gemiddelde temperatuur zou er vergelijkbaar zijn met die op onze planeet.

Het feit dat de onderzoekers water op dit type planeet hebben waargenomen, biedt nieuwe hoop op het vinden van levensvatbare werelden buiten ons zonnestelsel. “Het is op dit moment de enige planeet die we buiten het zonnestelsel kennen die de juiste temperatuur heeft en waar water voorkomt, wat hem tot de beste kandidaat voor levensvatbaarheid maakt die we momenteel hebben,” zegt Angelos Tsiaras, astronoom aan University College London en medeauteur van een van de twee studies, tijdens een persconferentie.

Het licht zien

In de afgelopen twintig jaar heeft de astronomie een revolutie meegemaakt. Sinds de eerste waarneming van exoplaneten, in 1992, hebben wetenschappers duizenden buitenaardse werelden rond verre sterren gedocumenteerd – en sommige daarvan lijken een atmosfeer te hebben.

Bij een handvol exoplaneten hebben astronomen zelfs aanwijzingen voor de aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer waargenomen. Maar tot nu toe waren exoplaneten waarbij de aanwezigheid van waterdamp was bevestigd, niet geschikt voor leven zoals wij dat kennen. Zo maakte de NASA in 2018 bekend dat ze waterdamp in de atmosfeer van WASP-39b had ontdekt, een kolossale, Saturnus-achtige planeet waar het op de dagzijde 777 graden Celsius kon worden.

Onderzoekers hoopten sindsdien op het spotten van waterdamp in de atmosfeer van veel kleinere, aardachtige exoplaneten, en dan vooral een planeet die in de levensvatbare zone rond zijn ster zou draaien. Maar dit soort werelden zijn relatief klein, wat het observeren van hun atmosfeer uiterst lastig maakt. Hoe groter een planeet, des te gemakkelijker is hij waar te nemen, dus richtten de onderzoekers zich op superaardes: planeten die vaak rotsachtig zijn en een massa van maximaal tienmaal die van onze thuisplaneet hebben. (Bekijk enkele van de meest ‘buitenaardse’ landschappen op aarde.)

Om de levensvatbaarheid van K2-18b te testen verzocht astronoom Björn Bennekevan de University of Montreal om observatietijd met de Hubble-ruimtetelescoop, zodat hij de super-aarde voorlangs aan zijn ster voorbij kon zien trekken, wat hij elke 33 dagen doet.

Bij elk van deze ‘transities’ schijnt het licht van de ster door de atmosfeer van K2-18b heen. Een deel van dat licht wordt op herkenbare frequenties geabsorbeerd door chemische bestanddelen in die atmosfeer. Met name water absorbeert nabij-infrarood licht vanaf specifieke golflengtes, waardoor waarneembare tekenen van waterdamp worden gecreëerd.

Van 2015 tot 2018 gebruikte het team van Benneke de Hubble om negen transities van K2-18b te observeren. Nadat ze de gegevens ervan bij elkaar hadden opgeteld en door allerlei filters hadden gehaald, vonden ze een duidelijk signaal van waterdamp. Benneke en zijn collega’s hebben een versie van hun wetenschappelijke artikel op arXiv geplaatst, een website voor academische preprints.

Kans op neerslag

Onafhankelijk van Benneke’s team maakten Tsiaras en Ingo Waldmann bij University College London van dezelfde Hubble-gegevens gebruik om hun eigen analyse uit te voeren, die gisteren in het tijdschrift Nature Astronomy werd gepresenteerd. Net als het team van Benneke vonden ze bewijzen voor de aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer van K2-18b. In hun paper schrijven Tsiaras en Waldmann dat er slechts een kans van 1 op 3000 bestaat dat de resultaten een vergissing zijn.

De ontdekking kan niet alleen de zoektocht naar potentieel levensvatbare exoplaneten aanzwengelen, maar ook meer inzichten opleveren in de weersomstandigheden op buitenaardse werelden. Het team van Benneke wijst erop dat de omstandigheden in de atmosfeer van K2-18b tot de vorming van waterdruppeltjes en zelfs tot regen kunnen leiden. Wolken van waterdamp zijn al eerder rond ‘bruine dwergen’ gevonden, zware objecten die zich in het grijze gebied tussen reuzenplaneet en dwergster bevinden. Als de resultaten van het team standhouden, zou K2-18b de eerste exoplaneet kunnen zijn waarvoor de aanwezigheid van wolken van waterdamp is bevestigd.

Volgens beide onderzoekteams is K2-18b een ideaal doelwit voor nader onderzoek, onder andere met de binnenkort te lanceren ruimtelescoop James Webb van de NASA en de toekomstige ARIEL-ruimtetelescoop van de ESA. In tegenstelling tot de Hubble zullen deze telescopen ook andere gassen in de atmosfeer van exoplaneten kunnen waarnemen, zoals methaan, ammonia, CO2en mogelijk zelfs chemische aanwijzingen voor leven.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Video
3:38

Exoplaneten 101

Exoplaneten roepen de vraag op of wij alleen zijn in het heelal. Ontdek welke soorten exoplaneten er zijn, welke methoden wetenschappers gebruiken om ze te vinden en hoeveel werelden er mogelijk bestaan in het Melkwegstelsel.

Nieuwe ‘exotische’ staat van materie is tegelijkertijd vast en vloeibaar

De bizarre materie zou lijken op een spons die van water is gemaakt en waaruit tegelijkertijd water weglekt.

Pas ontdekte miniplaneet: de toekomst van de Aarde?

Een rotsachtige bol die in een omloopbaan rond een witte dwerg draait, zou kunnen wijzen op wat ons zonnestelsel over vijf miljard jaar staat te wachten.