De jacht op exoplaneten heeft veel fascinerende casestudy's opgeleverd. Zo hebben enquêtes veel 'Hot Jupiters' opgeleverd, gasreuzen die qua grootte vergelijkbaar zijn met Jupiter, maar die heel dicht bij hun zon draaien. Dit specifieke type exoplaneet is een bron van belangstelling geweest voor astronomen, vooral omdat hun bestaan het conventionele denken over waar gasreuzen in een zonnestelsel kunnen bestaan, uitdaagt.
Vandaar dat een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de European Southern Observatory (ESO) de Very Large Telescope (VLT) gebruikte om WASP-19b, een Hot Jupiter op 815 lichtjaar van de aarde, beter te kunnen bekijken. Tijdens deze observaties merkten ze op dat de atmosfeer van de planeet sporen van titaniumoxide bevatte, wat het de eerste keer was dat deze verbinding werd gedetecteerd in de atmosfeer van een gasreus.
De studie die hun bevindingen beschrijft, getiteld "Detectie van titaniumoxide in de atmosfeer van een hete Jupiter", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur.Onder leiding van Elyar Sedaghati - recent afgestudeerd aan de Technische Universiteit van Berlijn en een fellow bij de European Southern Observatory - gebruikte het team gegevens die de VLT-array in de loop van een jaar had verzameld om WASP-19b te bestuderen.
Zoals alle Hot Jupiters heeft WASP-19b ongeveer dezelfde massa als Jupiter en draait ze heel dicht bij de zon. In feite is de omlooptijd zo kort - slechts 19 uur - dat de temperatuur in de atmosfeer naar schatting oploopt tot 2273 K (2000 ° C; 3632 ° F). Dat is meer dan vier keer zo heet als Venus, waar de temperaturen hoog genoeg zijn om lood te smelten! De temperaturen op WASP-19b zijn zelfs heet genoeg om silicaatmineralen en platina te smelten!
De studie was gebaseerd op het FOcal Reducer / Spectrograph 2 (FORS2) -instrument met lage dispersie op de VLT, een optisch instrument met meerdere modi dat beeldvorming, spectroscopie en de studie van gepolariseerd licht (polarimetrie) kan uitvoeren. Met behulp van FORS2 observeerde het team de planeet terwijl deze langs zijn ster passeerde (ook bekend als een doorvoer), wat waardevolle spectra uit zijn atmosfeer onthulde.
Na zorgvuldig het licht te hebben geanalyseerd dat door de wazige wolken ging, was het team verrast om sporen van titaniumoxide (evenals natrium en water) te vinden. Zoals Elyar Sedaghati, die 2 jaar als student bij ESO heeft doorgebracht om aan dit project te werken, zei over de ontdekking in een ES-persbericht:
“Het detecteren van dergelijke moleculen is echter niet eenvoudig. We hebben niet alleen gegevens van uitzonderlijke kwaliteit nodig, maar we moeten ook een geavanceerde analyse uitvoeren. We hebben een algoritme gebruikt dat vele miljoenen spectra onderzoekt die een breed scala aan chemische samenstellingen, temperaturen en eigenschappen van wolken of waas beslaan om onze conclusies te trekken.”
Titaniumoxide is een zeer zeldzame verbinding waarvan bekend is dat het in de atmosfeer van koele sterren voorkomt. In kleine hoeveelheden werkt het als een warmte-absorber en is het daarom waarschijnlijk mede verantwoordelijk voor WASP-19b die zulke hoge temperaturen ervaart. In voldoende grote hoeveelheden kan het voorkomen dat warmte een atmosfeer binnendringt of ontsnapt, wat zogenaamde thermische inversie veroorzaakt.
Dit is een fenomeen waarbij de temperaturen hoger zijn in de bovenste atmosfeer en lager naar beneden. Op aarde speelt ozon een vergelijkbare rol, waardoor de temperatuur in de stratosfeer wordt omgekeerd. Maar bij gasreuzen is dit het tegenovergestelde van wat gewoonlijk gebeurt. Terwijl Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus koudere temperaturen in hun bovenste atmosfeer ervaren, zijn de temperaturen veel warmer dichter bij de kern door toenemende druk.
Het team is van mening dat de aanwezigheid van deze stof een aanzienlijk effect kan hebben op de temperatuur, structuur en circulatie van de atmosfeer. Bovendien is het feit dat het team deze verbinding heeft kunnen detecteren (een primeur voor exoplanet-onderzoekers) een indicatie van hoe exoplanet-onderzoeken nieuwe detailniveaus bereiken. Dit alles zal waarschijnlijk een diepgaande impact hebben op toekomstige studies van exoplaneetatmosferen.
De studie zou ook niet mogelijk zijn geweest zonder het FORS2-instrument, dat de afgelopen jaren aan de VLT-array is toegevoegd. Zoals Henri Boffin, de instrumentwetenschapper die het renovatieproject leidde, opmerkte:
“Deze belangrijke ontdekking is het resultaat van een renovatie van het FORS2-instrument dat precies voor dit doel is gedaan. Sindsdien is FORS2 het beste instrument geworden om dit soort onderzoek vanaf de grond uit te voeren.”
Wat de toekomst betreft, is het duidelijk dat de detectie van metaaloxiden en andere soortgelijke stoffen in exoplaneetatmosferen ook de ontwikkeling van betere atmosferische modellen mogelijk zal maken. Met deze in de hand zullen astronomen veel gedetailleerdere en nauwkeurigere studies kunnen uitvoeren naar exoplaneetatmosferen, waardoor ze met meer zekerheid kunnen peilen of een van deze al dan niet bewoonbaar is.
Dus hoewel deze nieuwste planeet geen kans heeft om het leven te ondersteunen, heb je meer geluk met het vinden van ijsblokjes in de Gobi-woestijn! - de ontdekking ervan zou in de toekomst de weg kunnen wijzen naar bewoonbare exoplaneten. Op stap dichter bij het vinden van een wereld die het leven zou kunnen ondersteunen, of mogelijk die ongrijpbare Earth 2.0!
