Titaniumoxide aangetroffen in atmosfeer van exoplaneet

WASP-19b heeft titaanoxide in zijn atmosfeer
Als de planeet WASP-19b voorlangs zijn ster trekt dan zal een gedeelte van het sterlicht door de atmosfeer gaan en daar vingerafdrukken in het licht achterlaten dat uiteindelijk de Aarde bereikt. Met behulp van het FORS2-instrument gekoppeld aan de Very Large Telescope van de ESO waren de astronomen in staat om dit licht te analyseren en te bepalen dat er kleine hoeveelheden titaanoxide, water en sporen natrium aanwezig waren. Credit: ESO/M. Kornmesser

Astronomen hebben met behulp van de Very Large Telescope van de ESO voor het eerst titaniumoxide (TiO2) aangetroffen in de atmosfeer van een exoplaneet.

De ontdekking is gedaan m.b.v. het FORS2-instrument bij de hete Jupiter WASP-19b. De ontdekking levert unieke informatie op over de chemische samenstelling, de temperatuur en de drukopbouw van de atmosfeer van deze erg hete wereld. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Het team van astronomen heeft de atmosfeer van de exoplaneet WASP-19b met ongekend detail onderzocht. Deze planeet heeft ongeveer dezelfde massa als Jupiter maar bevindt zich erg dicht bij zijn ster. WASP-19b draait in iets meer dan 19 uur om zijn ster heen. Door de korte afstand tot de ster wordt de temperatuur van de atmosfeer geschat op ongeveer 2000 °C.

Als WASP-19b voorlangs zijn ster beweegt schijnt een beetje een beetje van het sterlicht door de atmosfeer heen en lat daarbij een soort van vingerafdruk achter in et licht dat uiteindelijk de Aarde bereikt. Met behulp van het FORS2-instrument gekoppeld aan de Very Large Telescope kon het team dit licht analyseren en daarmee de samenstelling van de atmosfeer bepalen. Het bleek dat er kleine hoeveelheden titaniumoxide, water en sporen van natrium in de atmosfeer voorkomen.

Dergelijke moleculen detecteren is erg moeilijk. Niet alleen de data moeten van heel goede kwaliteit zijn maar ook de analyse van die gegevens is erg lastig. De astronomen gebruikten een speciaal algoritme dat vele miljoenen spectra doorzocht op chemische samenstelling, temperaturen en eigenschappen van wolken voordat ze de juiste conclusies durfden te trekken.

Titaanoxide is zeldzaam op Aarde. We weten dat het voorkomt in de atmosfeer van koude sterren. In de atmosfeer van hete planeten zoals WASP-19b werk het als een absorbeur van hitte. Als het in grote hoeveelheden aanwezig is dan zorgen deze moleculen er voor dat er geen hitte de atmosfeer binnendringt of dat er geen hitte kan ontsnappen. Het zorgt voor een thermische inversie: de temperatuur in de hogere delen van de atmosfeer is hoger dan in de lagere delen en dat is tegenovergesteld aan de normale situatie. Op Aarde speelt ozon een belangrijke rol in de atmosfeer van de Aarde. Ozon veroorzaakt een thermische inversie in de stratosfeer. De aanwezigheid van titaanoxide in de atmosfeer van WASP-19b kan grote effecten hebben op de structuur en de circulatie van de atmosferische temperatuur.

De astronomen hebben WASP-19b meer dan een jaar waargenomen. Door de relatieve variaties op verschillende golflengtes te meten van het licht dat door de atmosfeer komt tijdens een overgang voor de ster langs en dit te vergelijken met atmosferische modellen konden ze verschillende eigenschappen extrapoleren zoals de chemische samenstelling van de atmosfeer van de planeet.

Deze nieuwe informatie over de aanwezigheid van metaaloxide zoals titaanoxide en andere moleculen helpt bij het ontwikkelen van goede atmosfeermodellen voor exoplaneten. In de toekomst zullen astronomen ooit de mogelijkheden hebben om atmosferen van mogelijk bewoonbare planeten te onderzoeken en deze verbeterde modellen zullen hen een veel beter idee geven over hoe ze hun waarnemingen moeten interpreteren.

De ster WASP-19 bevindt zich in het sterrenbeeld vela – Zeilen.WASP-19 heeft een visuele helderheid van magnitude 12,3 en bevindt zich op een afstand van ongeveer 815 lichtjaar van de Aarde. De ster heeft een massa van 0.95 zonsassa en een straal van 0.3 * de straal van de Zon. De lichtsterkte van WASP-19 is 0,71 * de lichtsterkte van de Zon. WASP-19 is een ster van spectraalklasse G8. De planeet WASP-19b werd op 10 december 2009 ontdekt.

Eerste publicatie: 17 september 2017
Bron: ESO & anderen

Meer: Elyar Sedaghati, et al., “Detection of titanium oxide in the atmosphere of a hot Jupiter,” Nature 549, 238–241 (14 September 2017) doi:10.1038/nature23651