IJzer en Titanium gevonden in atmosfeer van exoplaneet

exoplaneet Kelt-9b
Artist impression van Kelt-9b bij zijn ster. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Voor het eerst hebben astronomen ijzer en titanium gevonden in de atmosfeer van een planeet buiten ons zonnestelsel. De exoplaneet, met de naam KELT-9b, is de heetste exoplaneet die ooit is ontdekt. De planeet is heter dan sommige sterren.

Deze zinderend hete planeet bevindt zich op een afstand van ongeveer 620 lichtjaar van de Aarde in het sterrenbeeld Cygnus en is wat astronomen noemen een “ultra hete Jupiter”. KELT-9b is een gasreus als Jupiter maar dan veel groter. De exoplaneet heeft een massa van driemaal Jupiter en een grootte van tweemaal Jupiter en draait extreem dichtbij zijn ster KELT-9.

“Ultra hete Jupiter” is de onofficiële term voor een hete Jupiter waarvan de temperatuur boven de 1700 °C ligt. Ze zijn zo heet dat ze enige overeenkomsten vertonen met sterren. De temperatuur op KELT-9b kan oplopen tot wel 4300 °C.

Door deze enorme hitte zijn astronomen in staat om ijzer en titanium in de atmosfeer van KELT-9b te detecteren. Onderzoekers hadden al langer het vermoeden dat deze elementen voorkomen op sommige exoplaneten, ijzer is een van de meest voorkomende elementen in het heelal, maar ze zijn  lastig te detecteren in een koelere omgeving omdat de atomen dan meestal in moleculen voorkomen. KELT-9b is echter zo heet dat er geen wolken condenseren in de atmosfeer waardoor individuele atomen van ijzer en andere elementen solo voorkomen.

Titanium is eerder in de atmosfeer van een exoplaneet aangetroffen maar niet in zijn atomaire vorm. In september 2017 kondigden astronomen die de Hubble Space Telescope hadden gebruikt, aan dat ze titaniumdioxide (moleculen bestaande uit één titanium atoom en twee atomen zuurstof) hadden gevonden in de atmosfeer van Kepler-13A.

Astronomen kunnen de verschillende elementen detecteren door te kijken naar het spectrum van licht dat van een object afkomstig is. Omdat exoplaneten zelf geen licht uitzenden onderzochten de onderzoekers data die waren verzameld tijdens een transitie. Dat is als de planeet, vanaf de Aarde gezien, voorlangs zijn ster trekt.

De onderzoekers hadden mazzel want de data waren al voorhanden. Eerder al hadden andere onderzoekers de gegevens gebruikt om te kijken naar waterstof in de atmosfeer van KELT-9b. Ze keken destijds niet naar ijzer en titanium omdat ze er geen reden voor hadden. Enkele maanden later voorspelde een theoretisch model dat er wel ijzer en titanium in de atmosfeer aanwezig kon zijn en dat leidde tot de motivatie om opnieuw in de dataset te duiken.

De data waren verzameld met de Galileo National Telescope op la Palma in Spanje en bevatten het lichtspectrum dat was verzameld tijdens een vier uur lange transitie van de planeet. De gegevens waren verzameld met de HARPS, de High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher, een extreem gevoelige spectrometer.

Als je licht van een spectrum uiteenrafelt dan zie je dat verschillende atomen of moleculen een andere vingerafdruk hebben en als de resolutie maar groot genoeg is dan kan je heel veel verschillende moleculen zien. Om ijzer en titanium te kunnen zien was een combinatie van rekenkracht, zorgvuldig uitpluizen van de databases en heel veel aandacht voor detail nodig, aldus de onderzoekers.

Eerdere studies die keken naar de aanwezigheid van waterstof in de atmosfeer van KELT-9b konden een sterke absorptielijn van waterstof zien in het spectrum maar voor hun was het niet nodig om de veel ingewikkeldere vergelijkingen te maken die nodig waren om ijzer en titanium aan te tonen. Bovendien was er op dat moment ook geen theoretische onderbouwing om naar deze elementen te gaan zoeken.

Een andere studie die onlangs in Nature Astronomy werd gepubliceerd laat zien dat waterstof van de planeet wordt weg gekookt en door de ster wordt opgenomen. Het is mogelijk dat ook zwaardere metalen op deze manier ontsnappen omdat ze door het ontsnappende waterstof tot zeer hoog in de atmosfeer kunnen worden meegenomen.

De ontdekking van ijzer en titanium in de atmosfeer van KELT-9b was een enorme ontdekking maar de gebruikte techniek is dat eigenlijk ook. Astronomen willen dezelfde techniek gaan gebruiken om te kijken naar signalen van biomarkers. Op Aarde denken we aan zuurstof en enkele andere moleculen maar astronomen weten in het algemeen weinig over biomarkers in de ruimte. Als bekend zou zijn naar welke signalen astronomen zouden moeten zoeken dan zou je dezelfde techniek kunnen gebruiken om naar deze moleculen te zoeken bij koudere, kleinere planeten.

Teken van leven zullen er absoluut niet gevonden worden bij KELT-9b maar de onderzoekers hebben wel enkele andere interessante elementen in de spectra van KELT-9b aangetroffen. Welke elementen dat zijn willen ze nog niet zeggen maar ze willen de Hubble Space Telescope inzetten om ook te zoeken naar water. Het doel is om uiteindelijk een compleet chemisch beeld te hebben van de planeet. Hubble kan ook helpen om wat meer inzichten te krijgen over het weer op KELT-9b. De astronomen denken dat er extreem krachtige stormen voor moeten komen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

 

Eerste publicatie: 16 augustus 2018