Het is voor het eerst gelukt om op een relatief kleine exoplaneet waterdamp te vinden. De astronomen, die hulp kregen van de Hubble, zijn razend enthousiast, al weten ze nog niet precies hoe het zit.
De planeet GJ 9827d is met ongeveer twee keer de diameter van de Aarde de kleinste planeet waar een waterrijke atmosfeer is aangetroffen. Het is het bewijs dat er mogelijk veel meer kleine planeten in ons sterrenstelsel zijn met waterdamp. GJ 9827d werd al in 2017 ontdekt door de Kepler-telescoop. In iets meer dan zes dagen maakt hij een rondje om een rode dwergster. Hij bevindt zich op 97 lichtjaar van de Aarde.
Eerste keer
“Dit is de eerste keer dat we rechtstreeks kunnen aantonen dat deze planeten met een waterrijke atmosfeer ook echt bestaan rond andere sterren”, zegt onderzoeker Björn Benneke van de Université de Montréal. “Dit is een belangrijke stap in de studie naar hoe vaak rotsachtige planeten een atmosfeer hebben en hoe de samenstelling daarvan is.”
Het is echter nog te vroeg om te zeggen of de Hubble een kleine hoeveelheid waterdamp heeft gemeten in een waterstofrijke atmosfeer óf dat de atmosfeer van de planeet hoofdzakelijk uit water bestaat, dat is achtergebleven nadat een oude waterstof-heliumatmosfeer is verdampt door straling.
Waterdamp dominant of niet?
“Ons observatieprogramma was specifiek ontworpen met als doel om niet alleen de watermoleculen in de atmosfeer van de planeet te vinden, maar ook om specifiek te zoeken naar waterdamp. Ieder resultaat zou geweldig zijn, of waterdamp nu dominant is of slechts een klein beetje voorkomt in een waterstofrijke atmosfeer”, reageert hoofdonderzoeker Pierre-Alexis Roy van de Université de Montréal.
Benneke voegt toe: “Tot nu toe waren we niet in staat om direct de atmosfeer te meten van zo’n kleine planeet. Pas nu begint dat langzaam te komen. Op dergelijke kleine planeten moet er een bepaald punt zijn waarna er geen waterstof meer is en ze een atmosfeer krijgen die meer op die van Venus lijkt, dus vooral rijk aan CO2.”
Net zo heet als Venus
Omdat de planeet net zo heet is als Venus – ongeveer 425 graden Celsius – zou het hoe dan ook een onherbergzame, stomende wereld zijn als de atmosfeer voornamelijk zou bestaan uit waterdamp. Op dit moment hinken de onderzoekers op twee gedachten: de planeet houdt zich nog steeds vast aan een met waterdamp doordrenkt omhulsel, waardoor het een soort mini-Neptunus is. Of het is een warmere versie van Jupiters maan Europa, die onder zijn korst twee keer zoveel water heeft als de Aarde. “De planeet GJ 9827d kan half water, half steen zijn. En er kan veel waterdamp zijn bovenop een kleinere steenachtige binnenkant”, vertelt Benneke.
Als de planeet een waterrijke atmosfeer heeft, dan zou hij zich verder weg gevormd moeten hebben van zijn ster, waar het koud genoeg is voor water om ijs te vormen. In dit scenario zou de planeet later dichterbij zijn ster zijn gekomen, waardoor hij meer straling te verduren kreeg. De waterstof werd vervolgens verwarmd en kon ontsnappen aan de zwakke zwaartekracht van de planeet. De alternatieve theorie is dat de planeet zich dichtbij zijn ster gevormd heeft en dat er slechts sporen van water in de atmosfeer zitten.
De Hubble
De Hubble heeft de wetenschappers op het spoor gebracht van de waterdamp. De ruimtetelescoop observeerde de planeet gedurende drie jaar waarin hij elf keer voor zijn ster langs draaide. Tijdens zo’n zogenoemde transitie wordt het licht van de ster gefilterd door de atmosfeer van de planeet en draagt het een soort vingerafdruk van watermoleculen die de Hubble kan waarnemen. Als er wolken zijn op de planeet hangen ze laag genoeg, zodat ze niet het zicht van de Hubble compleet belemmeren.
De volgende stap is dat de nog nauwkeurigere James Webb-telescoop er met zijn infrarood-apparatuur aan te pas komt om de atmosfeer verder te bestuderen en te kijken naar andere aanwezige moleculen.
