Universiteit Leiden

nl en

IJzer en titanium in atmosfeer ultrahete planeet

De atmosfeer van de heetste planeet die astronomen kennen bevat ijzer en titanium in gasvorm. Dat schrijft een internationaal team van wetenschappers op 16 augustus in Nature. Eerste auteur is de in Zwitserland werkzame Jens Hoeijmakers, die is opgeleid aan de Universiteit Leiden en tevens in 2017 promoveerde aan deze universiteit.

Een planeet van 4000 graden

De hete planeet met de naam KELT-9b draait rond een andere ster dan onze zon. Dergelijke exoplaneten kunnen erg dicht bij hun ster staan. Als de ster veel heter is dan de zon, kan de temperatuur ervan oplopen tot die van een ster. De ster KELT-9 staat op een afstand van ongeveer 620 lichtjaar van de aarde, in het sterrenbeeld Zwaan. Met een temperatuur van meer dan 10.000 graden is hij bijna twee keer zo heet als de zon. Eromheen draait gasplaneet KELT-9b, in een baan die 30 maal kleiner is dan de baan van de aarde rond de zon. Hierdoor draait de planeet elke 36 uur om de ster heen en wordt hij verwarmd tot meer dan 4000 graden. Dat is niet zo heet als de zon (zo’n 6000 graden), maar wel heter dan veel andere sterren. Het was niet duidelijk hoe een atmosfeer er onder zulke extreme omstandigheden uitziet. 

Hete atmosfeer modelleren

Daarom gingen onderzoekers van de Universiteit van Bern (UNIBE) in Zwitserland aan de slag om een theoretisch model van de atmosfeer van KELT-9b te maken. Hun simulaties tonen aan dat de meeste moleculen bij deze temperatuur uiteenvallen in atomen, doordat de botsingen tussen moleculen zo hevig zijn dat de verbindingen die de moleculen bijeenhouden breken. Dit wordt veroorzaakt door de extreem hoge temperatuur. Het onderzoek voorspelde de aanwezigheid van gasvormige ijzeratomen in de atmosfeer van KELT-9b, die bovendien waargenomen zouden kunnen worden met de huidige telescopen.

Lichtvingerafdrukken waarnemen

Het FOUR ACES team van de Universiteit van Genève in Zwitserland had de planeet inmiddels waargenomen, op een moment dat hij precies voor zijn ster langs ging. Met de gebruikte techniek is het mogelijk de samenstelling van de atmosfeer van de planeet te achterhalen: wanneer de planeet voor de ster staat schijnt er een klein beetje sterlicht door de bovenste lagen van de planeetatmosfeer. Atomen en moleculen die in de atmosfeer aanwezig zijn absorberen specifieke kleuren van dit licht, zodanig dat elk element zijn eigen absorptie-vingerafdruk heeft. Met behulp van een spectrograaf - een instrument dat wit licht opsplitst in zijn individuele kleuren - worden zo de vingerafdrukken van de verschillende atomen in de atmosfeer zichtbaar gemaakt. 

Een schatkaart volgen

De onderzoekers vonden een sterk signaal van ijzergas. 'Met de theoretische voorspelling in de aanslag leek dit op het volgen van een schatkaart,' aldus Jens Hoeijmakers, onderzoeker aan beide Zwitserse universiteiten en eerste auteur van het artikel. 'En toen we dieper in de data doken, vonden we steeds meer,' voegt hij toe. Niet veel later vond het team de vingerafdruk van nog een gasvormig metaal: titanium.

Ultra-hete Jupiters

Deze ontdekking werpt nieuw licht op de eigenschappen van de atmosfeer van een nieuwe klasse exoplaneten, de ‘ultra-hete Jupiters’. Sterrenkundigen vermoeden dat veel planeten die onder soortgelijke omstandigheden bestaan, inmiddels geheel verdampt zijn door de intense straling van de ster waar ze dicht bij staan. Hoewel KELT-9b waarschijnlijk groot en zwaar genoeg is om deze straling te weerstaan, laat de studie zien dat ster-straling een grote impact kan hebben op de samenstelling van een planeet-atmosfeer. Bijvoorbeeld doordat de hoge temperatuur zorgt dat alle moleculen in atomen uiteenvallen, inclusief de moleculen waar ijzer en titanium normaal gesproken deel van zouden uitmaken.

In koelere planeten zouden deze atomen waarschijnlijk verborgen zitten in gasvormige oxiden of stofdeeltjes of damp-druppeltjes vormen, waardoor ze moeilijker zijn waar te nemen. Dit is niet het geval voor KELT-9b. 'Deze planeet is een uniek laboratorium om te onderzoeken hoe een atmosfeer zich kan gedragen onder invloed van intens sterlicht,' concludeert Hoeijmakers.

bron: astronomie.nl
beeld: Artistieke impressie van een zonsondergang op planeet KELT-9b. Credit: Denis Bajram

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie