Buitenaards leven - exoplaneten

Twee waterwerelden gevonden bij Kepler-138

Astronomen hebben met behulp van de Hubble Space Telescope en de inmiddels gepensioneerde Spitzer Space Telescope twee exoplaneten gevonden in een baan om de nabije rode dwerg Kepler-138. Deze twee exoplaneten bestaan mogelijk grotendeels uit water.

Dwarsdoorsnede van Kepler-138d
Dwarsdoorsnede van de exoplaneet Kepler-138d. deze heeft, net als de Aarde een binnenste bestaande uit metalen en gesteente (bruin). Maar Kepler-138d heeft ook een dikke laag van water onder hoge druk dat in verschillende vormen voorkomt: superkritisch en mogelijk vloeibaar water diep in het binnenste van de planeet en een uitgebreid omhulsel van waterdamp (blauwtinten). Deze lagen vormen meer dan 50% van zijn volume oftewel een dikte van 2000 kilometer. Credit: Benoit Gougeon, Université de Montréal.

Kepler-138 is een rode dwergster van spectraalklasse M die ongeveer 218 lichtjaar van de Aarde is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Lier – Lyra. De ster is ook bekend als KOI-304 en TIC 159376971 en heeft een massa van 0,57 zonsmassa en een straal van 0,54 keer de Zon. Er draaien minimaal drie exoplaneten om de ster heen: Kepler-138b, Kepler-138c en Kepler-138d.

Voorheen dachten astronomen dat de planeten een beetje groter waren dan de Aarde en daarom werden ze aangeduid als super-Aardes.

Onderzoekers hebben nu echter aangetoond dat twee planeten, Kepler-138c en Kepler-138d anders zijn. Een groot gedeelte van hun volume bestaat vermoedelijk uit water.

Volgens de onderzoekers is het voor het eerst dat ze er zeker van zijn dat ze planeten hebben waargenomen die als waterwereld geïdentificeerd kunnen worden. Dit type planeet werd door astronomen al veel langer voor mogelijk gehouden.

Met volumes van meer dan drie keer de Aarde en twee keer zoveel massa hebben Kepler-138c en Kepler-138d een veel lagere dichtheid dan de Aarde. Dit is verrassend omdat de meeste planeten die en beetje groter zijn dan de Aarde tot nu toe allemaal rotsachtige werelden als de onze leken te zijn.

Stel je grotere versies voor van Europa of Enceladus, de waterrijke manen die in een baan om Jupiter of Saturnus draaien  maar dan veel dichter bij hun ster. In plaats van een ijzig oppervlak zouden Kepler-138c en Kepler-138d grote dikke atmosferen van waterdamp hebben.

De astronomen waarschuwen dat de planeten mogelijk geen oceanen direct aan het oppervlak van de planeet hebben zoals de Aarde dat heeft. De temperatuur in de atmosfeer van Kepler-138c en Kepler-138d ligt waarschijnlijk boven het kookpunt van water en ze verwachten een dikke, dichte atmosfeer bestaande uit stoom.

Alleen onder die stoomatmosfeer kan er mogelijk vloeibaar water onder hoge druk zijn of zelfs water in een andere fase die optreedt onder hoge druk. Dit wordt een superkritische vloeistof genoemd.

De nieuwe waarnemingen wijzen ook op de aanwezigheid van een vierde planeet in het Kepler-138 systeem.

Deze planeet wordt Kepler-138e genoemd en is kleiner en bevindt zich verder van de ster af dan de andere drie planeten. Kepler-138e heeft ongeveer 38 dagen nodig om eenmaal om zijn ster te draaien.

Kepler-138e bevindt zich in de bewoonbare zone van de ster, dit is een gematigde zone waar de planeet precies genoeg warmte ontvangt van zijn koele ster om vloeibaar water aan zijn oppervlak te kunnen hebben.

Omdat deze planeet niet voorlangs zijn ster lijkt te bewegen kunnen de eigenschappen ervan niet worden bepaald.

Omdat instrumenten en technieken steeds gevoeliger worden om planeten verder weg van hun sterren te bestuderen verwachten astronomen dat ze veel meer waterwerelden zoals Kepler-138c en Kepler-138d zullen vinden.

De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Astronomy.

Artikel: Caroline Piaulet et al. Evidence for the volatile-rich composition of a 1.5-Earth-radius planet. Nat Astron, published online December 15, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01835-4

Eerste publicatie: 16 december 2022
Bron: Hubble, sci-news en anderen