Voor het eerst helium gevonden in de atmosfeer van een exoplaneet

Hubble detecteert helium in de atmosfeer van een exoplaneet
De exoplaneet WASP-107b is een gasreus die in een baan om een zeer actieve ster van spectraalklasse K draait. Deze ster is ongeveer 200 lichtjaar va ons verwijderd. Met behulp van spectroscopie konden astronomen helium zien ontsnappen uit de atmosfeer van de planeet. Het is voor het eerst dat helium in de atmosfeer van een exoplaneet is gevonden. Credit: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser.

Astronomen hebben met behulp van de Hubble Space Telescope van de ESA/NASA helium aangetroffen in de atmosfeer van de exoplaneet WASP-107b. Het is voor het eerst dat dit element is gedetecteerd in de atmosfeer van een planeet buiten ons zonnestelsel. De ontdekking laat zien dat het mogelijk is om met behulp van infraroodspectroscopie de atmosfeer van exoplaneten te onderzoeken.

Het internationaal team van astronomen stond onder leiding van Jessica Spake van de universiteit van Exeter in Engeland. Ze gebruikten de Wide Field Camera 3 van de Hubble om helium in de atmosfeer van de exoplaneet WASP-107b te detecteren. Helium is, na waterstof, het op één na meest voorkomend element in het heelal en het is in ons eigen zonnestelsel een van de hoofdbestanddelen van de planeten Jupiter en Saturnus. Het is echter nu voor het eerst dat er ook helium is gevonden bij een exoplaneet.

Het team deed de ontdekking door het infrarode spectrum van de atmosfeer van WASP-107b te bestuderen. Eerdere waarnemingen van uitgebreide atmosferen bij exoplaneten werden gedaan door het spectrum op ultraviolette en optische golflengtes te bestuderen. Maar naar nu blijkt kan dit dus ook op langere golflengtes.

Het sterke heliumsignaal dat de onderzoekers vonden toont aan dat deze techniek geschikt is om de bovenste lagen van de atmosferen van meer verschillende exoplaneten te bestuderen. De huidige methodes gebruiken allemaal ultraviolet licht en dat kan alleen maar gebruikt worden voor de meest nabije exoplaneten. Ook in de bovenste lagen van de atmosfeer van de Aarde komen kleine hoeveelheden helium voor en daarom kan deze techniek mogelijk ook gebruikt worden om atmosferen rond aardachtige exoplaneten te vinden. Met de huidige, ultraviolette, techniek is dat uitermate lastig te doen.

Astronomen kunnen sporen van de samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet waarnemen als die voorlangs zijn ster trekt. Ieder chemisch element inde atmosfeer van de planeet houdt op specifieke golflengtes het licht van de ster tegen. Hierdoor worden er absorptielijnen in het spectrum van de ster gemaakt. Op deze manier kunnen astronomen de aanwezigheid van specifieke atomen en moleculen (zoals zuurstof en water) identificeren. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser

WASP-107b heeft een hele lage soortelijke massa; de planeet is ongeveer even groot als Jupiter maar heeft maar ongeveer 12% van de massa van Jupiter. De exoplaneet bevindt zich op een afstand van ongeveer 200 lichtjaar van de Aarde en heeft 6 dagen nodig om eenmaal om zijn ster te draaien.

De hoeveelheid helium die in de atmosfeer van WASP-107b is gevonden is zó groot dat de atmosfeer zich enkele tienduizenden kilometer in de ruimte moet uitstrekken. Het is ook voor het eerst dat een dergelijke uitgebreide atmosfeer is ontdekt op infrarode golflengtes.

Omdat de atmosfeer zich zo ver uitstrekt lekt de planeet grote hoeveelheden atmosferische gassen de ruimte in. Per 1 miljard jaar verdwijnt ongeveer 0.1 tot 4% van de totale massa van de atmosfeer.

Al in 2000 werd voorspeld dat helium een van de meest eenvoudig te detecteren gassen zou zijn op grote reuzenplaneten maar het heeft tot nu geduurd voor dat het daadwerkelijk is aangetoond.

De nieuwe methode zal, in combinatie met toekomstige telescopen zoals de James Webb Space Telescope, het mogelijk maken om gedetailleerder atmosferen van exoplaneten te onderzoeken dan dat tot nu toe mogelijk was.

Publicatie: J. J. Spake, et al., “Helium in the eroding atmosphere of an exoplanet,” Nature, volume 557, pages 68–70 (2018)

 

Eerste publicatie: 4 mei 2018