We hebben eindelijk onze eerste optische blik op een exoplaneet en zijn atmosfeer, en jongen is het een vreemde plek. De planeet heet HR8799e en de atmosfeer is complex. HR8799e bevindt zich in de greep van een wereldwijde storm, gedomineerd door wervelende wolken van ijzer en silicaten.
Dankzij het Kepler-ruimtevaartuig hebben we de afgelopen jaren veel exoplaneten en exoplanet-kandidaten ontdekt. In feite is het nu bijna routine. Maar we weten niet genoeg over hen. We kunnen een massabereik voor hen bepalen en ook hun waarschijnlijke samenstelling en dichtheid, maar hun atmosferische kenmerken zijn voor ons verborgen.
Maar dat begint te veranderen.
We kunnen de European Southern Observatory (ESO) bedanken voor deze blik op een verre exoplaneet. Ze gebruikten hun GRAVITY-instrument op hun Very Large Telescope Interferometer om de eerste directe waarneming van een exoplaneet te krijgen. Dit is geen echt beeld van de planeet, maar een optisch spectrum van de atmosfeer, en een die veel gedetailleerder is dan alles wat we eerder hebben gezien.
HR8799e is een zogenaamde "super-Jupiter" en is anders dan elke planeet in ons zonnestelsel. Het is een gasreus die ongeveer 5 tot 10 keer zo groot is als Jupiter, die om een ster draait op een afstand van ongeveer 129 lichtjaar. Als het in ons zonnestelsel was, zou zijn baan tussen Saturnus en Uranus liggen. Het is ook een jonge planeet, slechts 30 miljoen jaar oud. En HR8799e is nog steeds erg heet.
De planeet is in feite een hete, jonge baby en wetenschappers denken dat ze een venster zou kunnen openen naar de vorming van planeten en zonnestelsels. Het is een vijandige plek, voor zover het leven gaat. Het is nog steeds heet vanaf het moment dat het werd gevormd en het heeft een krachtig broeikaseffect. Het is een dodelijke 1000 graden Celsius.
Maar de bewoonbaarheid of niet-bewoonbaarheid is hier niet belangrijk.
"Dit schetst een beeld van een dynamische atmosfeer van een gigantische exoplaneet bij de geboorte, die complexe fysische en chemische processen ondergaat."
Sylvestre Lacour, onderzoeker bij het Observatoire de Paris en het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.
Dit is de eerste keer dat we zoveel details over een exoplaneet hebben geleerd, en het is allemaal te danken aan de VLT's interferometer en het bijgevoegde GRAVITY-instrument. Het beeld is tien keer zo gedetailleerd als eerdere waarnemingen, waardoor astronomen enkele verrassingen konden ontdekken.
Het gedetailleerde spectrum van HR8799e toonde aan dat de atmosfeer wolken ijzer en silicaatstof bevat. Het bevat ook meer koolmonoxide dan methaan, wat een raadsel is.
"Onze analyse toonde aan dat HR8799e een atmosfeer heeft die veel meer koolmonoxide bevat dan methaan - iets wat niet verwacht wordt van evenwichtschemie," legt teamleider Sylvestre Lacour-onderzoeker CNRS bij het Observatoire de Paris - PSL en het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics uit. "We kunnen dit verrassende resultaat het beste verklaren met hoge verticale winden in de atmosfeer die voorkomen dat koolmonoxide reageert met waterstof om methaan te vormen."
Wat Lacour zegt is dat verwachte chemische reacties met koolmonoxide en methaan niet plaatsvinden zoals verwacht, en dat de atmosfeer daardoor niet in evenwicht is. Hij stelt dat hoge verticale winden voorkomen dat de twee zich vermengen en reageren.
De wolken van ijzer en silicaatstof zijn ook raadselachtig. Volgens een persbericht suggereren het ijzer en silicaat, gecombineerd met het hoge gehalte aan koolmonoxide, dat de atmosfeer van HR8799e verwikkeld is in een krachtige storm.
Over het algemeen wordt de exoplaneet onthuld als een zeer jonge planeet met een complexe atmosfeer die veel veranderingen ondergaat en lang niet in de buurt komt van enige vorm van stabiele toestand.
"Onze waarnemingen suggereren een gasbal die van binnenuit wordt verlicht, met warme lichtstralen die door stormachtige plekken met donkere wolken dwarrelen," werkt Lacour uit. “Convectie beweegt rond de wolken van silicaat en ijzerdeeltjes, die uiteenvallen en naar binnen regenen. Dit schetst een beeld van een dynamische atmosfeer van een gigantische exoplaneet bij de geboorte, die complexe fysische en chemische processen ondergaat. ”
Dit is een intrigerend resultaat voor de ESO, de VLT-I en voor GRAVITY. GRAVITY is al verantwoordelijk voor een aantal andere baanbrekende werkzaamheden, waaronder de waarneming van gas dat met een snelheid van 30% rond een zwart gat wervelt.
Hopelijk gebruiken ze het om meer exoplaneten af te beelden. Enzovoorts.
