Super-Aarde K2-18b is mogelijk geschikt voor leven

K2-18b - artist impression
Artist impression van de exoplaneten K2-18b en c en hun ster. Credit: NASA / ESA / Hubble / M. Kornmesser.

Een team van astronomen van het Instituut voor Astronomie van de universiteit van Cambridge heeft de exoplaneet K2-18b gevonden. Deze exoplaneet draait in een baan om de rode dwerg K2-18 en heeft een massa van ongeveer 9 * de massa van de Aarde. K2-18b is mogelijk bewoonbaar.

K2-18 is een ster van spectraalklasse M. De ster bevindt zich op een afstand van ongeveer 111 lichtjaar van de Aarde in het sterrenbeeld Leeuw – Leo. De ster is ook bekend onder de aanduiding EPIC 201912552. Er zijn twee grote exoplaneten bij de ster bekend: K2-18b en K2-18c.

K2-18b werd in 2015 ontdekt. De planeet heeft een straal van 2,6 * de straal van de Aarde en een massa van 8,6 * de massa van de Aarde. De planeet draait met een periode van 33 dagen om zijn ster heen. De gemiddelde afstand tussen planeet en ster bedraagt ongeveer 0,15 Astronomische Eenheden. De Earth Similarity Index van de exoplaneet bedraagt 0,73.

In 2019 rapporteerden twee verschillende onderzoeksteams dat er waterdamp aanwezig was in de waterstofrijke atmosfeer van K2-18b. Echter de omvang van de atmosfeer en de omstandigheden onder de atmosfeer waren onbekend.

Waterdamp is al aangetroffen in de atmosfeer van veel exoplaneten maar zelfs als die planeten zich in de bewoonbare zone van hun ster bevinden dan betekent dit nog niet dat we bewoonbare omstandigheden aan het oppervlak zijn.

Om de vooruitzichten op bewoonbaarheid vast te stellen is het belangrijk dat men het binnenste van de planeet en de samenstelling van de atmosfeer kent. In het bijzonder is het belangrijk te weten of er vloeibaar water kan voorkomen onder de atmosfeer.

Uitgaande van de grootte van K2-18b denkt men meer aan een kleinere versie van Neptunus dan aan een grotere versie van de Aarde. Een mini-Neptunus heeft vermoedelijk een groot omhulsel van waterstof die een laag van water onder hoge druk omhult. Deze mini-Neptunus heeft dan een binnenste kern van gesteente en ijzer.

Als die enveloppe van waterstof te dik is dan zijn de temperatuur en de druk aan het oppervlak van de waterlaag te hoog om leven mogelijk te maken.

De onderzoekers hebben nu aangetoond dat, ondanks de grootte van K2-18b, de waterstoflaag niet per definitie te dik hoeft te zijn en dat de waterlaag de juiste omstandigheden kan hebben om leven mogelijk te maken.

De astronomen maakten gebruik van bestaande waarnemingen van de atmosfeer. Daarnaast werden de massa en de straal van de planeet gebruikt om daarmee de samenstelling en de structuur van zowel de atmosfeer als het binnenste van de planeet te bepalen. Ze maakten hiervoor gebruik van numerieke modellen en statistische methodes om de data te verklaren.

Op die manier konden ze bevestigen dat de atmosfeer rijk is aan waterstof en dat die ook een significante hoeveelheid waterdamp bevat.

Ook ontdekten ze dat andere chemische stoffen als methaan en ammoniak in lagere concentraties aanwezig zijn dan men voor een dergelijke atmosfeer zou verwachten. In welke mate dergelijke hoeveelheden kunnen bijdragen aan biologische processen is nog onbekend.

De onderzoekers gebruikten hierna de eigenschappen van de atmosfeer om daarmee modellen voor het binnenste van de planeet op te stellen.

Ze verkenden een groot aantal modellen die de atmosferische eigenschappen in combinatie met de massa en de straal van de planeet konden verklaren. Hiermee verkregen ze een bereik aan verschillende mogelijke omstandigheden in het binnenste van de planeet maar ook de uitgestrektheid van de waterstofenveloppe en de temperaturen en drukken in de waterlagen.

De onderzoekers wilden de dikte van het waterstofomhulsel weten en hoe diep die ging. Het is een vraag met verschillende antwoorden maar de onderzoekers hebben aangetoond dat er niet veel waterstof nodig is om alle waarnemingen te verklaren.

De wetenschappers ontdekten dat de maximale omvang van het waterstofomhulsel die door de gegevens mogelijk is, ongeveer 6% van de massa van de planeet bedraagt, hoewel de meeste oplossingen veel minder vereisen.

De minimum hoeveelheid waterstof, uitgedrukt in massa, is ongeveer 1 miljoenste en dat komt overeen met de massafractie van de aardse atmosfeer.

Een aantal scenario’s staan een waterwereld toe, met vloeibaar water onder de atmosfeer bij een temperatuur en druk die overeenkomt met die we vinden in oceanen op Aarde.

Het onderzoek zal gepubliceerd worden in het tijdschrift Astrophysical Journal Letters.

Artikel: Nikku Madhusudhan et al. 2020. The interior and atmosphere of the habitable-zone exoplanet K2-18b. ApJL, in press;

 

Eerste publicatie: 1 maart 2020
Bron: sci-news en anderen