Een nieuwe manier om atmosferen van exoplaneten te onderzoeken
Dankzij een slimme nieuwe techniek zijn Leidse astronomen er voor het eerst in geslaagd om de atmosfeer van een exoplaneet gedetailleerd te onderzoeken. De resultaten van hun onderzoek worden op 28 juni gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Met ESO’s Very Large Telescope is de zwakke gloed van de planeet ‘Tau Boötis b’ rechtstreeks gedetecteerd. Hierdoor hebben de onderzoekers voor het eerst de atmosfeer van de planeet kunnen onderzoeken en exact zijn baan en massa kunnen bepalen. Verrassend genoeg heeft het team ook ontdekt dat de atmosfeer van de planeet naar boven toe koeler wordt, terwijl het tegendeel werd verwacht.
Hoe werkt de nieuwe techniek?
Het team maakte gebruik van het CRIRES-instrument van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal, in Chili. De astronomen combineerden infraroodwaarnemingen van hoge kwaliteit (op golflengten van ongeveer 2,3 micrometer) met een slimme nieuwe truc waarmee het zwakke signaal van de planeet aan het veel sterkere signaal van de moederster ontfutseld kon worden.
Eerste auteur Matteo Brogi (Universiteit Leiden) legt uit: ‘Dankzij de uitstekende waarnemingen van de VLT en CRIRES hebben we het spectrum van het stelsel veel gedetailleerder kunnen onderzoeken dan voorheen mogelijk was. Slechts ongeveer 0,01% van het licht dat we zien is van de planeet afkomstig en de rest van de ster, dus dat viel niet mee.’
Een grote stap voorwaarts
Atmosferen van exoplaneten die niet voor hun ster langs bewegen kunnen nu eindelijk worden onderzocht en hun massa’s kunnen nauwkeurig worden bepaald. Dat is een grote stap voorwaarts,’ zegt co-auteur Ignas Snellen (Sterrewacht Leiden).
Door na te gaan welke veranderingen de beweging van de planeet om zijn ster vertoont, kon ook op betrouwbare wijze worden bepaald dat Tau Boötis b onder een hoek van 44 graden om zijn ster draait en een massa heeft die zes keer zo groot is als die van de planeet Jupiter in ons eigen zonnestelsel.
De hoeveelheid koolmonoxide in de atmosfeer kon worden gemeten en door vergelijking van de waarnemingen met theoretische modellen kon de temperatuur op verschillende hoogten in de atmosfeer worden vastgesteld.
Verwachte ontwikkelingen
Toekomstige detectie van andere moleculen kan astronomen in staat stellen meer te weten te komen over atmosferische omstandigheden op de planeet. Door de omstandigheden te meten op momenten dat de planeet zich in verschillende punten van zijn omloopbaan bevindt, kan wellicht zelfs worden vastgesteld hoe de atmosferische omstandigheden tussen ochtend en avond veranderen.
‘Dit onderzoek is het bewijs van het enorme potentieel van de huidige telescopen op aarde en hun toekomstige opvolgers, zoals de E-ELT.
Misschien zullen we op deze manier ooit zelfs biologische activiteit op aarde-achtige planeten kunnen aantonen’, concludeert Snellen.
Foto: Artist impression van de exoplaneet Tau Boötis b