Hubble-telescoop detecteert Stratosfeer op gigantische buitenaardse planeet

Een enorme, buitenaardse buitenaardse planeet heeft een stratrosfeer, zoals de aarde, suggereert een nieuwe studie.

"Dit resultaat is opwindend omdat het laat zien dat een algemeen kenmerk van de meeste atmosferen in ons zonnestelsel - een warme stratosfeer - ook te vinden is in exoplanet-atmosferen," studeerde co-auteur Mark Marley, van het Ames Research Center van NASA in Silicon in Californië Valley, zei in een verklaring.

"We kunnen processen in exoplanet-atmosferen nu vergelijken met dezelfde processen die plaatsvinden onder verschillende omstandigheden in ons eigen zonnestelsel," voegde Marley eraan toe. [Galerij: de vreemdste buitenaardse planeten]

Het onderzoeksteam, geleid door Thomas Evans van de Universiteit van Exeter in Engeland, ontdekte spectrale signaturen van watermoleculen in de atmosfeer van WASP-121b, een gasreus die ongeveer 880 lichtjaar van de aarde ligt. Deze handtekeningen geven aan dat de temperatuur van de bovenste laag van de atmosfeer van de planeet toeneemt met de afstand tot het oppervlak van de planeet. In de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer, neemt de temperatuur af met de hoogte, aldus de leden van het studie-team.

WASP-121b ligt ongelooflijk dicht bij zijn hostster en voltooit elke 1,3 dagen een baan. De planeet is een "hete Jupiter"; temperaturen aan de top van de atmosfeer bereiken een zinderende 4.500 graden Fahrenheit (2.500 graden Celsius), aldus onderzoekers.

"De vraag [of] stratospheres zich wel of niet vormen in hete Jupiters, is sinds het begin van de jaren 2000 een van de belangrijkste nog openstaande vragen in exoplanet-onderzoek," vertelde Evans aan ProfoundSpace.org. "Momenteel is ons begrip van exoplaneet-atmosferen vrij eenvoudig en beperkt.Elke nieuwe informatie die we kunnen krijgen, betekent een belangrijke stap voorwaarts."

De ontdekking is ook belangrijk omdat het laat zien dat atmosferen van verre exoplaneten in detail kunnen worden geanalyseerd, zei Kevin Heng van de Universiteit van Bern in Zwitserland, die geen lid is van het onderzoeksteam.

"Dit is een belangrijke technische mijlpaal op weg naar een uiteindelijk doel waar we het allemaal over eens zijn, en het doel is dat we in de toekomst dezelfde technieken kunnen toepassen om atmosferen van aardachtige exoplaneten te bestuderen," vertelde Heng aan ProfoundSpace .org. "We willen transits van aarde-achtige planeten meten, we willen graag uitzoeken welk type moleculen in de atmosfeer zitten, en nadat we dat gedaan hebben, willen we de laatste zeer grote stap zetten, namelijk kijken of deze moleculaire signaturen zouden de aanwezigheid van het leven kunnen aangeven. "

Beschikbare technologie staat zulk werk met kleine, rotsachtige exoplaneten nog niet toe, aldus onderzoekers.

"We concentreren ons op deze grote gasreuzen die worden verwarmd tot zeer hoge temperaturen vanwege de nabijheid van hun sterren, simpelweg omdat ze het gemakkelijkst te bestuderen zijn met de huidige technologie," zei Evans. "We proberen gewoon zoveel mogelijk te begrijpen over hun fundamentele eigenschappen en onze kennis te verfijnen, en hopelijk kunnen we in de komende decennia beginnen te streven naar kleinere en koelere planeten."

WASP-121b is bijna twee keer zo groot als Jupiter. De exoplaneet transits, of kruist het gezicht van zijn gastheerster vanuit het perspectief van de aarde. Evans en zijn team konden die transits observeren met behulp van een infraroodspectrograaf aan boord van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA.

"Door naar het verschil in helderheid van het systeem te kijken voor wanneer de planeet niet achter de ster was en toen deze achter de ster was, konden we de helderheid en het spectrum van de planeet zelf berekenen," zei Evans. "We hebben het spectrum van de planeet gemeten met behulp van deze methode in een golflengtegebied dat erg gevoelig is voor de spectrale signatuur van watermoleculen."

Het team observeerde handtekeningen van gloeiende watermoleculen, die aangaven dat de atmosferische temperaturen van WASP-121b met de hoogte toenemen, zei Evans. Als de temperatuur met de hoogte zou afnemen, zou infraroodstraling op een gegeven moment een deel van het koelere watergas passeren, dat het deel van het spectrum dat verantwoordelijk is voor het gloeifase zou absorberen, legde hij uit.

Er zijn hints van stratospheres gedetecteerd op andere hete Jupiters, maar de nieuwe resultaten zijn het meest overtuigende bewijsmateriaal tot nu toe, zei Evans.

"Het is de eerste keer dat het duidelijk is gedaan voor een exoplaneet atmosfeer, en dat is waarom het het sterkste bewijs tot nu toe is voor een exoplaneet stratosfeer," zei hij.

Hij voegde eraan toe dat onderzoekers dichter bij het bestuderen van meer aardachtige planeten kunnen komen met de komst van waarnemingscentra van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope van NASA en grote observatoria op de grond, zoals de Giant Magellan Telescope (GMT), de Europese Extreem grote telescoop (E-ELT) en de Thirty Meter Telescope (TMT). JWST is gepland voor eind volgend jaar, en GMT, E-ELT en TMT zullen naar verwachting in de vroege tot midden 2020's online komen.

De nieuwe studie werd online gepubliceerd woensdag (2 augustus) in het tijdschrift Nature.