Webb Space Telescope detecteert belangrijke moleculen op exoplaneet K2-18b

Dit kunstenaarsconcept laat zien hoe de exoplaneet K2-18 b er op basis van wetenschappelijke gegevens uit zou kunnen zien. K2-18 b, een exoplaneet met een massa van 8,6 maal de aarde, draait rond de koele dwergster K2-18 in de bewoonbare zone en bevindt zich op 120 lichtjaar van de aarde. Een nieuw onderzoek door NASA’s James Webb Space Telescope op K2-18b heeft de aanwezigheid van koolstofhoudende moleculen onthuld, waaronder methaan en koolstofdioxide. De overvloed aan methaan en kooldioxide, en het gebrek aan ammoniak, ondersteunen de hypothese dat er in K2-18 b mogelijk een wateroceaan bestaat onder een waterstofrijke atmosfeer. Afbeelding tegoed: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Niko Madhusudan (IoA)

De gegevens suggereren een exoplaneet met een mogelijk vloeibaar oceaanoppervlak

Er zijn koolstofhoudende moleculen gedetecteerd in de atmosfeer van de bewoonbare zone Exoplaneet K2-18 b door een internationaal team van astronomen met behulp van gegevens van NASA‘S James Webb-ruimtetelescoop. Deze resultaten komen overeen met het bestaan ​​van een exoplaneet die mogelijk een oppervlak heeft dat bedekt is met oceanen onder een waterstofrijke atmosfeer. De ontdekking biedt een fascinerende blik op een planeet die anders is dan wat dan ook in ons zonnestelsel, en roept intrigerende perspectieven op over potentieel bewoonbare werelden elders in het universum.

Spectra van K2-18 b, verkregen met Webbs NIRISS-instrument (near-infrared imager and non-slit spectrograph) en NIRSpec (near-infrared spectrometer), tonen een overvloed aan methaan en koolstofdioxide in de atmosfeer van de exoplaneet, evenals… Mogelijke ontdekking van een exoplaneet. Een molecuul genaamd dimethylsulfide (DMS). De detectie van een tekort aan methaan, kooldioxide en ammoniak ondersteunt de hypothese dat er zich in K2-18 b mogelijk een wateroceaan bevindt onder een waterstofrijke atmosfeer. K2-18 b, 8,6 keer de massa van de aarde, draait in een baan om de koele dwergster K2-18 in de bewoonbare zone en bevindt zich op 120 lichtjaar van de aarde. Beeldcredits: NASA, ESA, Canadian Space Agency, Ralph Crawford (STScI), Joseph Olmstead (STScI), Niko Madhusudan (IoA)

Webb detecteert methaan en koolstofdioxide in de atmosfeer van K2-18b

Een nieuw onderzoek door NASA’s James Webb Space Telescope van K2-18 b, een exoplaneet met een massa van 8,6 maal de aarde, heeft de aanwezigheid van koolstofhoudende moleculen onthuld, waaronder methaan en koolstofdioxide. De ontdekking van Webb draagt ​​bij aan recente onderzoeken die suggereren dat K2-18 b een exoplaneet zou kunnen zijn, een met het potentieel om een ​​waterstofrijke atmosfeer te hebben en een oppervlak bedekt met een wateroceaan.

Het eerste inzicht in de atmosferische eigenschappen van deze planeet in de bewoonbare zone kwam van waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA, wat aanleiding gaf tot verder onderzoek dat sindsdien ons begrip van het systeem heeft veranderd.

K2-18 b draait in een baan om de koele dwergster K2-18 in de bewoonbare zone en bevindt zich op 120 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Leeuw. Exoplaneten zoals K2-18 b, die in grootte variëren van de aarde tot… NeptunusHet is anders dan alles in ons zonnestelsel. Dit gebrek aan gelijkwaardige nabijgelegen planeten betekent dat deze ‘sub-Neptuniaanse planeten’ niet goed worden begrepen, en dat de aard van hun atmosfeer het onderwerp is van actief debat onder astronomen.

Implicaties voor het leven buiten de zon

De suggestie dat de sub-Neptuniaanse planeet K2-18 b een exoplaneet zou kunnen zijn, is intrigerend, omdat sommige astronomen geloven dat deze werelden veelbelovende omgevingen zijn voor het zoeken naar bewijs van leven op exoplaneten.

“Onze bevindingen onderstrepen het belang van het overwegen van verschillende bewoonbare omgevingen bij het zoeken naar leven elders”, legt Nico Madhusudan uit, een astronoom aan de Universiteit van Cambridge en hoofdauteur van het artikel waarin de bevindingen worden aangekondigd. “Traditioneel concentreerde de zoektocht naar leven op exoplaneten zich vooral op kleinere, rotsachtige planeten, maar grotere Hessische werelden zijn geschikter voor atmosferische waarnemingen.”

De overvloed aan methaan en kooldioxide, en het gebrek aan ammoniak, ondersteunen de hypothese dat er in K2-18 b mogelijk een wateroceaan bestaat onder een waterstofrijke atmosfeer. Deze eerste Webb-waarnemingen leverden ook de mogelijke ontdekking op van een molecuul genaamd dimethylsulfide (DMS). Op aarde wordt dit alleen door leven geproduceerd. Het grootste deel van het DMS in de atmosfeer van de aarde wordt uitgestoten door fytoplankton in mariene omgevingen.

De DMS-conclusie is minder robuust en vereist verdere validatie.

“Aankomende Webb-waarnemingen zouden moeten kunnen bevestigen of DMS inderdaad op significante niveaus aanwezig is in de atmosfeer van K2-18 b”, legt Madhusudan uit.

Karakterisering van de atmosfeer van exoplaneten

Hoewel K2-18 b zich in de bewoonbare zone bevindt en het nu bekend is dat het koolstofhoudende moleculen herbergt, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat de planeet leven zou kunnen ondersteunen. De grote omvang van de planeet (de straal is 2,6 keer die van de aarde) betekent dat het binnenste van de planeet waarschijnlijk een grote mantel van hogedrukijs bevat, zoals die van Neptunus, maar met een dunnere, waterstofrijke atmosfeer en een oceanisch oppervlak. Er wordt verwacht dat Hessische werelden oceanen van water bevatten. Het is echter ook mogelijk dat de oceaan te heet is om bewoonbaar of vloeibaar te zijn.

“Hoewel dit type planeet niet voorkomt in ons zonnestelsel, zijn sub-Neptuniaanse planeten het meest voorkomende type planeet dat tot nu toe bekend is in de Melkweg”, legt teamlid Subhajit Sarkar van de Universiteit van Cardiff uit. “We hebben het meest gedetailleerde spectrum van de bewoonbare subzone van Neptunus tot nu toe verkregen, en hierdoor konden we moleculen in de atmosfeer identificeren.”

Het karakteriseren van de atmosferen van exoplaneten zoals K2-18 b – wat betekent het bepalen van hun gassen en fysieke omstandigheden – is een zeer actief veld in de astronomie. Deze planeten worden echter letterlijk overschaduwd door de schittering van hun grotere sterren, wat het onderzoeken van de atmosfeer van exoplaneten bijzonder moeilijk maakt.

Het team omzeilde deze uitdaging door het licht van de moederster van K2-18 b te analyseren terwijl dit door de atmosfeer van de exoplaneet trok. K2-18 b is een exoplaneet die op doorreis is, wat betekent dat we een daling van de helderheid kunnen waarnemen wanneer hij door de oppervlakte van zijn moederster beweegt. Zo werd de exoplaneet voor het eerst ontdekt in 2015 door NASA’s K2-missie. Dit betekent dat tijdens de transit een klein deel van het sterlicht door de atmosfeer van de exoplaneet zal gaan voordat het telescopen zoals Webb bereikt. De passage van sterlicht door de atmosfeer van een exoplaneet laat sporen achter die astronomen kunnen samenvoegen om gassen in de atmosfeer van de exoplaneet te identificeren.

De capaciteiten van James Webb en toekomstig onderzoek

“Dit resultaat was alleen mogelijk dankzij het uitgebreide golflengtebereik en de ongekende gevoeligheid van de Webb, die een robuuste detectie van spectrale kenmerken mogelijk maakte met slechts twee transits”, aldus Madhusudan. “Ter vergelijking: één transitwaarneming met de Webb leverde een resolutie op die vergelijkbaar is met acht Hubble-waarnemingen die over een paar jaar zijn gedaan en in een relatief smal golflengtebereik.”

“Deze resultaten zijn het resultaat van slechts twee observaties van K2-18 b, en er komen er nog meer”, legt teamlid Savvas Constantinou van de Universiteit van Cambridge uit. “Dit betekent dat ons werk hier slechts een vroege demonstratie is van wat Webb zou kunnen waarnemen bij exoplaneten in de bewoonbare zone.”

De bevindingen van het team zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrofysische dagboekbrieven.

Het team is nu van plan vervolgonderzoek uit te voeren met behulp van de MIRI-spectrometer (mid-infrared instrument) van de telescoop, waarvan ze hopen dat deze hun bevindingen verder zal valideren en nieuwe inzichten zal opleveren in de omgevingsomstandigheden op K2-18 b.

“Ons uiteindelijke doel is om leven op een bewoonbare exoplaneet te identificeren, wat ons begrip van onze plaats in het universum zou veranderen”, concludeerde Madhusudan. “Onze bevindingen zijn een veelbelovende stap in de richting van een dieper begrip van de Hessische werelden in dit streven.”

De James Webb-ruimtetelescoop van NASA is ’s werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Hij lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder dan de verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.