Het meten van de atmosferische druk van een verre exoplaneet lijkt misschien een hele klus, maar astronomen van de Universiteit van Washington hebben nu een nieuwe techniek ontwikkeld om precies dat te doen.
Toen de ontdekkingen van exoplaneten voor het eerst binnenkwamen, legden astronomen de nadruk op het vinden van planeten binnen de bewoonbare zone - de band rond een ster waar water niet bevriest of kookt. Maar het karakteriseren van de omgeving en de bewoonbaarheid van een exoplaneet hangt niet alleen af van de oppervlaktetemperatuur van de planeet.
Atmosferische druk is net zo belangrijk bij het meten of het oppervlak van een exoplaneet al dan niet waarschijnlijk vloeibaar water kan bevatten. Iedereen die bekend is met kamperen op grote hoogte, moet goed begrijpen hoe druk het kookpunt van water beïnvloedt.
De methode die is ontwikkeld door Amit Misra, een promovendus, omvat het isoleren van "dimeren" - gebonden moleculenparen die de neiging hebben om zich onder hoge druk en dichtheden in de atmosfeer van een planeet te vormen - niet te verwarren met "monomeren", die eenvoudig vrij zwevend zijn moleculen. Hoewel er veel soorten dimeren zijn, heeft het onderzoeksteam zich uitsluitend gericht op zuurstofmoleculen, die tijdelijk aan elkaar zijn gebonden door waterstofbruggen.
We kunnen indirect dimeren detecteren in de atmosfeer van een exoplaneet wanneer de exoplaneet voor zijn gastheerster doorgaat. Terwijl het licht van de ster door een dunne laag van de atmosfeer van de planeet gaat, absorberen de dimeren bepaalde golflengten ervan. Zodra het sterrenlicht de aarde bereikt, wordt het bedrukt met de chemische vingerafdrukken van de dimeren.
Dimers absorberen licht in een opvallend patroon, dat doorgaans vier pieken heeft vanwege de roterende beweging van de moleculen. Maar de hoeveelheid absorptie kan veranderen afhankelijk van de atmosferische druk en dichtheid. Dit verschil is veel groter bij dimeren dan bij monomeren, waardoor astronomen aanvullende informatie over de atmosferische druk kunnen verkrijgen op basis van de verhouding tussen deze twee handtekeningen.
Hoewel er vorig jaar al waterdimers werden gedetecteerd in de atmosfeer van de aarde, kunnen astronomen met krachtige telescopen die binnenkort online komen, deze methode gebruiken om verre exoplaneten te observeren. Het team analyseerde de waarschijnlijkheid om de James Webb-ruimtetelescoop te gebruiken om een dergelijke detectie uit te voeren en vond het uitdagend maar mogelijk.
Het detecteren van dimeren in de atmosfeer van een exoplaneet zou ons niet alleen helpen de atmosferische druk en dus de toestand van het water op het oppervlak te evalueren, maar ook andere biosignatuurmarkeringen. Zuurstof is direct gebonden aan fotosynthese en zal hoogstwaarschijnlijk niet overvloedig aanwezig zijn in de atmosfeer van een exoplaneet, tenzij het regelmatig wordt geproduceerd door algen of andere planten.
"Dus als we een goede doelplaneet vinden, en je zou deze dimere moleculen kunnen detecteren - wat mogelijk binnen de komende 10 tot 15 jaar mogelijk is - dan zou dat je niet alleen iets vertellen over druk, maar je eigenlijk vertellen dat er leven is op die planeet ', Zei Misra in een persbericht.
De paper is gepubliceerd in het februari-nummer van Astrobiology en kan hier worden gedownload.
