Waterdamp gevonden in de atmosfeer van een potentieel bewoonbare super-Aarde

Artist impression van K2-18b.
Artist impression van K2-18b. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Voor het eerst hebben astronomen waterdamp gedetecteerd in de atmosfeer van een rotsachtige planeet. Deze planeet bevindt zich in de bewoonbare zone van zijn ster. Dit is de zone rond een ster waar er aan het oppervlak van een planeet vloeibaar water kan voorkomen. De exoplaneet is nu een van de meest veelbelovendste plekken in ons sterrenstelsel om te zoeken naar tekenen van buitenaards leven.

De planeet bevindt zich op een afstand van ongeveer 110 lichtjaar van de Aarde en is in 2015 door de Kepler Space Telescope gevonden. De exoplaneet draagt de aanduiding K2-18b. het is een zogenaamde super-Aarde, een rotsachtige planeet die groter is dan de Aarde en die een atmosfeer heeft.

Een team astronomen van het University College London heeft met behulp van de Hubble Space Telescope spectroscopisch onderzoek gedaan aan de atmosfeer van K2-18b. Dit resulteerde in de detectie van een duidelijk signaal van water. Details van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Waterdamp is al eerder gevonden bij exoplaneten maar dan ging het altijd om gasreuzen. Er is een kleine kans dat K2-18b een ijsreus is 9zoals de planeten Uranus en Neptunus), maar het is veel waarschijnlijker dat het gaat om een super-Aarde. Astronomen kunnen alleen het bovenste deel van de atmosfeer detecteren maar de planeet heeft een grootte van tweemaal de Aarde en een massa van achtmaal de Aarde. Ook belangrijk: de dichtheid komt overeen met de dichtheid van Mars en die dichtheid is drie keer zo groot als de standaard gasreus. Dit leidt ertoe dat wetenschappers aannemen dat K1-18b vermoedelijk een aardse planeet is met een vaste, rotsachtige kern.

K2-18b draait om een zwakke rode dwerg. De planeet heeft slechts 33 dagen nodig om eenmaal om zijn ster te draaien. Op die kleine afstand tot de ster lijkt het alsof de planeet zich niet in de bewoonbare zone bevindt maar de ster zendt erg weinig straling uit waardoor de bewoonbare zone zich erg dicht bij de ster bevindt. K2-18b ontvangt evenveel straling als de Aarde en de temperaturen zouden vergelijkbaar zijn met de temperaturen op Aarde.

Helaas worden exoplaneten in een baan om een rode dwerg niet echt als bewoonbaar beschouwd. Dat komt omdat rode dwergen met een hoge frequentie zonnevlammen kunnen produceren en de straling van die zonnevlammen is dodelijk voor leven. De omstandigheden voor leven op K2-18b zouden daarom veel vijandiger kunnen zijn vergeleken met de Aarde.

De Hubble waarnemingen toonden een duidelijk signaal van water aan maar de onderzoekers zijn niet zeker over de hoeveelheid water dat zich in de atmosfeer van K2-18b bevindt. Ook weten ze niet of er ook water voorkomt aan het oppervlak. Uitgaande van verschillende modellen kan de atmosfeer van K2-18b 0,1% tot 50% water bevatten. Dat is nogal een groot verschil.

De reden voor dit grote verschil is gelegen in het feit dat de Hubble alleen spectroscopisch het signaal van water kan detecteren. Bovendien is het erg lastig om dit signaal te vertalen naar een hoeveelheid water. Maar, zeggen de onderzoekers, los van de hoeveelheid is het een sterk signaal. Toekomstig onderzoek zal moeten leiden tot een kleinere variatie.

Een interessant kenmerk van super-Aardes is dat de meeste van hen vermoedelijk waterwerelden zijn; aardse planeten die volledig zijn bedekt met een diepe oceaan. Uitgaande van de modellen zou dit ook kunnen gelden voor K2-18b. De huidige gegevens sluiten het in ieder geval niet uit.

Naast water vond Hubble ook sporen van waterstof, een observatie die Tom Louden, een natuurkundige aan de Universiteit van Warwick en een expert op het gebied van exoplanetaire atmosferen, intrigeerde. Louden zei dat de resultaten van het nieuwe artikel “zeker opwindend zijn” en “heel belangrijk voor het bepalen van de evolutionaire geschiedenis van exoplaneetatmosferen”. Tegelijkertijd zouden de nieuwe bevindingen echter een klap kunnen betekenen voor het potentieel van de planeet om het leven te bevorderen, aldus Louden, die niet verbonden is met het nieuwe onderzoek.

De resultaten suggereren dat de planeet K2-18b een deel, of misschien wel alle, van zijn ‘primaire atmosfeer’ van waterstof en helium, die de planeet tijdens zijn ontstaan verzamelde, heeft behouden. Dit geeft aan dat de straling van de ster niet al te hevig of efficiënt is geweest in het weghalen van de atmosfeer, wat goed nieuws zou kunnen zijn voor de vele aardse planeten die we verwachten rond sterren van dit type te bestaan, omdat het zou kunnen betekenen dat hun atmosfeer stabiel kan blijven.

Tegelijkertijd is dit nieuws potentieel slecht voor de bewoonbaarheid. Als ,de meeste planeten met een grote atmosfeer van waterstof en helium worden geboren en zij die niet kunnen van de hand doen, dan zou het lastiger kunnen zijn om er complexe levensvormen te ontwikkelen. Maar volgens Loudon weten we daar in dit stadium eenvoudigweg helemaal niet genoeg van af.

Tijdens de persconferentie besprak Ingo Waldmann hoe de aanwezigheid van primaire gassen op de K2-18b van invloed kan zijn op het vermogen van de planeet om het leven te bevorderen.

“Waterstofatmosferen kunnen bewoonbaar zijn”, zei hij en zei dat er geen reden is om te suggereren dat dit niet het geval is op basis van theoretische modellen. Onze vooroordelen over bewoonbaarheid, merkte hij op, zijn momenteel zeer “aarde-gecentreerd”, wat redelijk is gezien het feit dat de aarde de enige bewoonbare planeet is die we kennen. Daarom zei Waldmann dat toekomstig onderzoek de bewoonbaarheid in de context van waterstofrijke atmosferen moet onderzoeken.

Het is duidelijk dat K2-18b een gemengde zaak voorstelt in termen van zijn capaciteit om het leven te herbergen. Net als de Aarde heeft de planeet een gematigd klimaat, een rotsachtige kern en water. Aan de andere kant draait K2-18b in een baan rond een potentieel vijandige rode dwerg en zit de atmosfeer vol met oergassen – om nog maar te zwijgen van zijn grote omvang en massa in vergelijking met de Aarde, een onbekende variabele wat betreft de bewoonbaarheid.

Deze exoplaneet is een fantastisch en verleidelijk onderwerp voor toekomstig onderzoek, maar één ding blijft overduidelijk: de zoektocht naar een echte aardachtige planeet gaat door.

 

Eerste publicatie: 11 september 2019
Bron: diverse persberichten




%d bloggers liken dit: