Skip to content
Home » Webb-telescoop zoekt naar exoplaneet-atmosfeer

Webb-telescoop zoekt naar exoplaneet-atmosfeer

    Webb-telescoop zoekt naar exoplaneet-atmosfeer

    ? natuurkunde 15, 151

    De recente detectie van

    CO2

    rond een verre Jupiter-achtige planeet wekt optimisme voor het detecteren van atmosferische gassen rond aardachtige planeten die rond verre sterren draaien.

    ESO/M. graan mes

    Een artistieke impressie van het TRAPPIST-1 planetenstelsel toont een ultrakoele dwergster en de rotsachtige planeten die eromheen draaien.

    In 2017 observeerden astronomen zeven planeten ter grootte van de aarde in een baan rond een kleine, koele ster genaamd TRAPPIST-1 in het sterrenbeeld Waterman. Drie van deze exoplaneten liggen binnen de bewoonbare zone van de ster, de afstand van de ster waarop een planeet met de atmosfeer van de aarde vloeibaar water zou kunnen herbergen. Maar hebben deze planeten, en de andere exoplaneten die om verre sterren draaien, de atmosferische omstandigheden die nodig zijn voor vloeibaar water? Hebben ze überhaupt sfeer? Met behulp van de onlangs gelanceerde James Webb Space Telescope (JWST) hopen onderzoekers deze vragen nu te beantwoorden.

    Jacob Lustig-Yaeger, een astronoom aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, leidt een programma op de JWST om te zoeken naar tekenen van een atmosfeer op meerdere exoplaneten, waaronder één in het TRAPPIST-1-systeem. door het spectrum van licht dat wordt geabsorbeerd door de atmosfeer van de planeet als het tussen ons en zijn moederster passeert. Hij is op zoek naar de spectrale signatuur van veelvoorkomende moleculen, zoals water, koolstofdioxide (CO2), en methaan – die worden aangetroffen in de atmosfeer van de aarde en enkele van zijn buren op de rotsachtige binnenplaneet. “Als we een van deze moleculen vinden in de planeetspectra die we van JWST krijgen, dan hebben we de atmosfeer gedetecteerd”, zegt Lustig-Yaeger. Onder de juiste omstandigheden kunnen sommige van deze moleculen ook zogenaamde biosignatuurgassen vertegenwoordigen, gedefinieerd als gassen die door het leven kunnen worden geproduceerd en zich in een atmosfeer kunnen ophopen tot detecteerbare niveaus.

    JWST heeft al laten zien dat het de taak heeft om moleculen rond verre werelden te spotten. In augustus ontdekte JWST een duidelijk signaal van CO2 in het absorptiespectrum van WASP-39b, een Jupiter-achtige planeet op 700 lichtjaar afstand van de aarde [1]. Die waarneming markeerde de eerste directe detectie van dit belangrijke atmosferische gas op een exoplaneet. Maar een belangrijk doel voor JWST-exoplaneetwaarnemers is het detecteren van CO2 handtekeningen in de spectra van aardachtige rotsachtige planeten. De aanwezigheid van dit broeikasgas zou niet alleen informatie over deze exoplaneten onthullen, maar het zou ook kunnen helpen om de geschiedenis van Venus en Mars, die beide rijk zijn aan CO, samen te voegen.2. “Als je CO . hebt2-gedomineerde sferen [around exoplanets]dan kun je paden extrapoleren die hebben geleid tot wat we in ons zonnestelsel zien’, zegt Néstor Espinoza, een astrofysicus bij het Space Telescope Science Institute in Maryland.

    NASA; ESA; CSA; L. Hustak/STScI; JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

    Een transmissiespectrum van de hete gasreus WASP-39b vastgelegd door JWST’s Near-Infrared Spectrograph op 10 juli 2022. De hobbel onthult het eerste duidelijke bewijs voor CO2 op een planeet buiten het zonnestelsel.

    JWST is niet de eerste ruimtetelescoop die infraroodsignalen van exoplaneetatmosferen zoekt. Zijn voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, zocht naar waterdamp in een beperkt bereik van golflengtemetingen tussen 1,1 en 1,7

    m

    . “Hubble worstelde jarenlang om een ​​klein bultje water te vinden in de spectra van exoplaneten”, zegt Everett Schlawin, van de Universiteit van Arizona, een lid van het JWST Near Infrared Camera-team. Pas in 2013 ontdekte Hubble een waterdampsignatuur in de atmosfeer van een exoplaneet. Daarentegen kan JWST zoeken naar een groot aantal moleculen, waaronder CO2 en andere koolstofhoudende soorten, met behulp van spectrometers die het golflengtebereik van 0,6 tot 12 . bestrijken

    m

    . De telescoop profiteert ook van een hoge spectrale resolutie waarmee relatief zwakke moleculaire kenmerken kunnen worden gedetecteerd. “Nu zoeken we naar hobbels van andere moleculen, en misschien naar wolkendeeltjes of waas die zich in de atmosfeer kunnen bevinden”, zegt Schlawin.

    De telescoop kan exoplaneten op andere manieren bestuderen. Met behulp van de 6,5 m brede primaire spiegel van JWST zullen onderzoekers infraroodlicht kunnen verzamelen dat rechtstreeks van het oppervlak van een exoplaneet komt. Deze metingen kunnen op verschillende punten in de baan van de planeet worden gedaan en geven aanwijzingen over de temperatuur en druk in verschillende regio’s op het oppervlak van de planeet. Het resultaat zijn kaarten van exoplaneten die seizoensvariaties, atmosferische samenstelling, aan- of afwezigheid van wolken, details van de planetaire warmteverdeling en meer laten zien. De gedetailleerde observaties van JWST zullen betere theorieën over planetaire evolutie en bewoonbaarheid mogelijk maken. “Vóór JWST waren deze hoger-dimensionale modellen erg moeilijk te testen”, zegt Espinoza.

    JWST hoeft echter geen atmosferische handtekeningen te detecteren om zijn waarde te bewijzen. Voor kleine M-dwergsterren, zoals TRAPPIST-1, weten astronomen niet zeker of de omstandigheden geschikt zijn voor de ontwikkeling van planetaire atmosferen. Daarom is het vinden van een planeet zonder atmosfeer net zo belangrijk als het vinden van een planeet met een rijke atmosfeer, zegt Megan Mansfield, een exoplaneetspectroscopist aan de Universiteit van Arizona. Ze zal JWST gebruiken om exoplaneet Gl 486b te observeren die rond een M-dwergster in het sterrenbeeld Maagd draait. “Als de planeet geen atmosfeer heeft, kunnen we nog steeds een spectrum van licht van de planeet krijgen, maar het zal rechtstreeks van het oppervlak van de planeet komen”, zegt ze, wat een kans biedt om leer over oppervlaktekenmerken en hoe de rotsen zijn gevormd.

    Met een oppervlaktetemperatuur van 700 K zijn planeten zoals GI 486b te heet om bewoonbaar te zijn. En hoogenergetische uitbarstingen van hun gastheersterren kunnen al vroeg in hun leven de atmosferen van de kleine rotsachtige planeten strippen. Het bestuderen van deze hete exoplaneten kan een beter begrip opleveren van de omstandigheden die een planeet nodig heeft om een ​​atmosfeer te behouden. “Bij Mercurius werd de atmosfeer bijvoorbeeld weggeblazen omdat het zo dicht bij de zon staat”, zegt Espinoza. “Het gebrek aan atmosfeer vertelt je veel over de vormingsgeschiedenis van de planeet.”

    De JWST-onderzoekers twijfelen er niet aan dat komende waarnemingen verrassingen zullen onthullen die leiden tot nieuwe vragen en uiteindelijk belangrijke nieuwe inzichten in planetaire atmosferen. De eerste JWST-spectra van WASP-39b en andere hete Jupiters komen overeen met zowel Hubble-waarnemingen als theoretische voorspellingen. “Maar [those spectra] bevatten ook intrigerende hints van het onverwachte. Dat is zo’n beetje een best-case scenario voor de wetenschap”, zegt Lustig-Yaeger.

    -Rachel Berkowitz

    Rachel Berkowitz is corresponderend redacteur voor: Natuurkunde tijdschrift gevestigd in Vancouver, Canada.

    Referenties

    1. JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team, “Identificatie van koolstofdioxide in een exoplaneetatmosfeer”, Natuur (2022).

    recente artikelen

    <i>Nobelprijs</i>: Quantum Entanglement onthuld” src=”https://physics.aps.org/assets/10.1103/Physics.15.153/figure/1/thumb”/></div>
</section>
<section class=
    Langer dan verwachte twirls voor polaritoncondensaten
    Stabiliteit zoeken in een relativistische vloeistof

    Meer artikelen