Astronomen zien ijzer in de atmosfeer van een exoplaneet

Exoplaneet Kelt-9b
Artist impressie van de exoplaneet KELT-9b en zijn ster KELT-9. Credit: NASA/JPL-Caltech

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van astronomen van de universiteit van Amsterdam, heeft voor het eerst rechtstreeks de aanwezigheid van ijzer in de atmosfeer van een exoplaneet aangetoond. De wetenschappers ontdekten emissielijnen van ongeladen ijzeratomen in het spectrum van de exoplaneet KELT-9b. Het was een lastige waarneming want de exoplaneet wordt overstraald door zijn veel heldere ster.

De exoplaneet KELT-9b draait in 36 uur om de ster KELT-9. De ster en zijn planeet bevinden zich in het sterrenbeeld Zwaan – Cygnus op een afstand van ongeveer 620 lichtjaar van de Aarde. De ster heeft een temperatuur van meer dan 10.000 °C, dat is twee keer zo heet als de Zon. De planeet KELT-9b is groter dan Jupiter en draait in een nauwe baan om zijn ster heen. De afstand van de exoplaneet tot de ster is ongeveer 0,3 Astronomische Eenheden (± 50 miljoen kilometer).

De onderzoekers wisten al dat er ijzer in de atmosfeer van de planeet moest voorkomen. Enkele jaren geleden hadden ze al signalen hiervan gezien toen ze het licht van de ster bestudeerden toen de planeet voorlangs zijn ster bewoog.

In de nieuwe waarnemingen keken de onderzoekers direct naar het licht van de planeet. Omdat de planeet wordt overstraald door de felle ster is dat uitermate lastig. Omdat de planeet erg dicht om zijn ster heen draait duurt een jaar op de planeet slechts 1,5 dagen. Tijdens de helft van dit korte jaar is de nachtzijde van de planeet naar de Aarde toe gericht maar is dan te donker om te kunnen zien. De onderzoekers keken dus naar het licht tijdens een krappe 8 uur net voordat de planeet achter langs de ster verdween. Op die manier kon de hetere en helderdere dagzijde worden bekeken.

Lorenzo Pino van de universiteit van Amsterdam en hoofdauteur van het artikel vergelijkt het kijken naar de exoplaneet in de gloed van zijn ster met het kijken naar een vuurvliegje in het licht van een straatlantaarn. Enkele jaren geleden zagen ze de schaduw van het vuurvliegje oftewel de schaduw van de exoplaneet. Nu hebben de wetenschappers de exoplaneet rechtstreeks waargenomen.

Kruisverbanden

De waarnemingen werden in de nacht van 22 juli 2018 gedaan vanaf het Spaanse eiland La Palma. De astronomen gebruikten hiervoor de Italiaanse Telescopio Nazionale Galileo in combinatie met het HARPS-N instrument. Dit is een spectrograaf die het licht kan splitsen en zo de aanwezigheid van specifieke atomen en moleculen zichtbaar kan maken. De onderzoekers extraheerden de emissielijnen van atomen met een techniek die kijkt naar kruisverbanden.

Je kan het vergelijken met het photoshoppen van een serie van filmbeelden: de ster staat stil maar de planeet beweegt. Het kruisverband is een soort filter dat met de planeet beweegt. Op die manier is het mogelijk om het licht van de planeet te isoleren van het licht van de ster.

Hubble Space Telescope

Uitgaande van de beschikbare gegevens denken de onderzoekers dat het ijzer in de atmosfeer van de exoplaneet KELT-9b de bovenste delen van de atmosfeer opwarmt waardoor die warmer is dan de lager gelegen delen. Het idee is dat het ijzer het sterlicht absorbeert en zo de atmosfeer verhit. Op Aarde vindt een gelijkaardig proces plaats maar bij ons is het ozon en niet ijzer dat zorgt voor het opwarmen van de bovenste luchtlagen.

De onderzoekers hopen dat ze in de toekomst nader onderzoek kunnen doen naar de hoeveelheid ijzer in de atmosfeer van de planeet. Dat zo bijvoorbeeld kunnen gebeuren met behulp van de Hubble Space Telescope. Uiteindelijk hopen de onderzoekers te achterhalen hoe hete, gasreuzen zoals KELT-9b ontstaan en waarom er geen vergelijkbare exemplaren voorkomen in ons eigen zonnestelsel.

Het artikel werd op 23 april 2020 ingediend voor publicatie. Artikel: L. Pino et al. Neutral Iron Emission Lines From The Day-side Of KELT-9b—The GAPS Programme With HARPS-N At TNG XX.

Eerste publicatie: 19 mei 2020
Bron: NOVA