Nieuw onderzoek toont aan dat chemische stoffen in de atmosfeer van een exoplaneet aanwijzingen kunnen geven over de omstandigheden op diens oppervlak.
De techniek kan worden gebruikt bij de zoektocht naar potentieel leefbare exoplaneten, planeten met gematigde temperaturen en vloeibaar water aan hun oppervlak.
In ons zonnestelsel zijn planeten ofwel klein en rotsachtig, zoals de aarde, of groot en rijk aan (bevroren) gassen, zoals Neptunus.
Maar bij andere sterren hebben astronomen planeten gevonden die daar tussenin zitten: werelden die iets groter zijn dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus.
Deze planeten kunnen een rotsachtig oppervlak hebben of oceanen van vloeibaar water, maar de meeste hebben waarschijnlijk een atmosfeer die vele malen dikker is dan die van de aarde en ondoorzichtig is.
Bij het nieuwe onderzoek, dat geaccepteerd is voor publicatie in het vaktijdschrift Astrophysical Journal Letters, laten wetenschappers zien dat de chemische samenstelling van die atmosfeer informatie kan geven over wat daaronder ligt, met name welke planeten te heet zijn om oceanen op hun oppervlak te hebben.
Het gaat daarbij om exoplaneten die 1,7 tot 3,5 maal zo groot zijn als de aarde. Dergelijke planeten worden ook wel sub-Neptunussen genoemd (de planeet Neptunus zelf is vier keer zo groot als de aarde).
Een dikke atmosfeer op een sub-Neptunus zou warmte vasthouden en de oppervlaktetemperatuur doen stijgen.
Als deze atmosfeer een bepaalde drempel overschrijdt, ongeveer 770 graden Celsius, bereikt zij een toestand die thermochemisch evenwicht wordt genoemd, en verandert haar chemische profiel.
Nadat het evenwicht is bereikt, en ervan uitgaande dat de planeetatmosfeer voornamelijk uit waterstof bestaat (wat kenmerkend is voor gasvormige exoplaneten), zullen koolstof en stikstof voornamelijk voorkomen in de vorm van methaan en ammoniak. In een koelere, dunnere atmosfeer, waarin geen thermochemisch evenwicht tot stand is gekomen, ontbreken deze chemische verbindingen bijna volkomen. In dat geval zouden de overheersende vormen van koolstof en stikstof uit koolstofdioxide en moleculaire stikstof bestaan.
Volgens de onderzoekers zou een oceaan met vloeibaar water onder de atmosfeer nog meer sporen achterlaten, waaronder de afwezigheid van atmosferische ammoniak, die oplosbaar is in water.
Bovendien zou er dan meer koolstofdioxide dan koolstofmonoxide in de atmosfeer aantoonbaar moeten zijn.
Een atmosfeer in evenwicht zou juist rijker zijn aan koolstofmonoxide en veel te heet voor leven. NASA’s nieuwe Webb-ruimtetelescoop, die op 18 december wordt gelanceerd, heeft een spectrometer aan boord waarmee de atmosferen van exoplaneten onderzocht kunnen worden.
De gegevens die dit oplevert zullen worden gebruikt om planeten op te sporen die interessant zijn voor nader onderzoek. (EE)
(Image credit: Credit: NASA/JPL-Caltech)
