Kalium gedetecteerd in de atmosfeer van een exoplaneet

Artist impression van een hete Jupiter bij zijn ster
Artist impression van een hete Jupiter bij zijn ster. Door G. Bacon (STScI/AVL)Science Credit: NASA, D. Charbonneau (Caltech & CfA), T. Brown (NCAR), R. Noyes (CfA) and R. Gilliland (STScI) – http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2001/38/image/a/, Publiek domein, Koppeling

Een team van astronomen heeft het element kalium in de atmosfeer van een exoplaneet gevonden. Het is voor het eerst dat er met behulp van hoge-resolutie spectroscopie een overduidelijk signaal is gevonden van dit element. De ontdekking werd gedaan bij een de Jupiter-achtige exoplaneet HD 189733 b waarbij gebruik werd gemaakt van de Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) gekoppeld aan de Large Binocular Telescope. Deze enorme telescoop staat opgesteld in Arizona.

Twintig jaar geleden werd de aanwezigheid van kalium en natrium al voorspeld in de aanwezigheid van atmosferen van hete Jupiters. Dit zijn gasachtige planeten met temperaturen van enkele duizenden graden die zeer dichtbij om hun ster draaien. Al eerder werd natrium met behulp van hoge resolutiewaarnemingen gevonden maar kalium niet en dat zorgde voor vragen bij astronomen en chemici.

De elementen kunnen worden ontdekt door het analyseren van het spectrum van het licht van de ster op het moment dat de planeet, gezien vanaf de Aarde, voorlangs de ster beweegt. Verschillende elementen zorgen voor een specifieke absorptiesignalen in het spectrum. Deze donkere lijnen zeggen astronomen iets over de chemische samenstelling van de atmosfeer.

De aanwezigheid van wolken in de atmosfeer van hete Jupiter zorgt er echter voor dat spectrale absorptie wordt afgezwakt waardoor deze heel erg lastig is te detecteren. Zelfs voor HD 189733 b, de meest bestudeerde hete Jupiter tot nu toe, was het onduidelijk of men de absorptie van kalium waarnam.

De exoplaneet bevindt zich op een afstand van 64 lichtjaar van de Aarde en is ongeveer even groot als Jupiter. De planeet draait in slechts 53 uur in een baan om een rode reus. De afstand tot de ster is 30 maal kleiner dan de afstand van de Aarde tot de Zon. Men had het lichtverzamelende vermogen van de 2 * 8,4 meter LBT en de hoge spectrale resolutie van PEPSI nodig om onomstotelijk de aanwezigheid van kalium in de bovenste lagen van de atmosfeer van de planeet vast te stellen.

Met deze nieuwe metingen kunnen astronomen de absorptiesignalen van kalium en natrium met elkaar vergelijken en zo meer leren over processen als condensatie en foto-ionisatie in de atmosferen van deze exoplaneten.

De techniek die tijdens dit onderzoek met de LBT is toegepast heet transmissie spectroscopie. Hierbij dient de planeet voorlangs de ster te bewegen. Tijdens deze transitieperiode worden er in de tijd verschillende series spectra verzameld en die worden vergeleken met de absorptiediepte.

Tijdens de transitie werden er een signaal van kalium gezien dat verdween voor en na de transitie. Geheel volgens de verwachtingen. Dit bewijst dat de absorptie plaatsvindt door de atmosfeer van de planeet.

Andere teams hadden ook al geprobeerd om op deze manier kalium bij deze exoplaneet te vinden maar er werd of niks gevonden of er werd een signaal waargenomen dat nauwelijks van de ruis was te onderscheiden en daardoor statistisch niet relevant was.

Tot nu toe zijn met behulp van hoge-resolutie spectroscopie geen significante signalen van kalium gevonden bij andere exoplaneten.

Volgens de onderzoekers blijkt uit hun onderzoek dat PEPSI prima geschikt is voor deze taak want door de grote spectrale resolutie kunnen er meer fotonen per pixel worden gevangen waardoor veel nauwe spectraallijnen kunnen worden waargenomen dan andere spectrograaf-telescoop combinaties kunnen zien.

 

Eerste publicatie: 7 september 2019
Bron: SpaceDaily




%d bloggers liken dit: