Buitenaards leven - exoplaneten

Webb levert eerste bewijs voor aanwezigheid CO2 in de atmosfeer van een exoplaneet

Transitiespectrum WASP-39b
Een transmissiespectrum van de hete gasreus WASP-39b opgenomen op 10 juli 2022 door het NIRSPec-instrument van de JWST. Het spectrum toont duidelijk bewijs voor de aanwezigheid van CO2 op een planeet buiten ons zonnestelsel. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

Voor het eerst hebben astronomen onomstotelijk bewijs gevonden van koolstofdioxide in de atmosfeer van een exoplaneet.

De ontdekking, voor publicatie geaccepteerd door Nature en vandaag, 25 augustus 2025, online gezet demonstreert het vermogen van de James Webb Space Telescope (JWST) om ongekende waarnemingen te doen van atmosferen van exoplaneten.

Het onderzoek werd geleid door professor Nathalie Batalha van de universiteit van Santa Cruz. Haar team gebruikte de JWST om de exoplaneet WASP-39b te onderzoeken. Deze exoplaneet met de grootte van Saturnus bevindt zich op een afstand van ongeveer 700 lichtjaar van de Aarde.

Eerdere waarnemingen van de planeet met Hubble en Spitzer gaven al aanwijzingen dat er koolstofdioxide aanwezig zou kunnen zijn. De gegevens van JWST toen ondubbelzinnig aan signaal van koolstofdioxide aan dat zo prominent aanwezig is dat het bijna tegen de onderzoekers schreeuwde.

Koolstofdioxide is een belangrijke component in de atmosferen van planeten in ons zonnestelsel. Het is gevonden in de atmosferen van de rotsachtige planeten zoals Mars en Venus maar ook in de atmosferen van de gasreuzen Jupiter en Saturnus. Voor astronomen is het gas zowel belangrijk omdat ze het waarschijnlijk kunnen detecteren op kleine rotsachtige planeten en als indicator van de algemene overvloed aan zware elementen in de atmosfeer van reuzenplaneten.

Koolstofdioxide is eigenlijk een zeer gevoelige meetlat – de beste die astronomen hebben – voor zware elementen in de atmosfeer van reuzenplaneten. Dus het feit dat men het nu zo duidelijk kan zien is echt geweldig, aldus de onderzoekers.

Sterren en gasreuzen bestaan voornamelijk uit de lichtste elementen, waterstof en helium, maar de overvloed aan zwaardere elementen – wat astronomen “metalliciteit” noemen is een cruciale factor bij het ontstaan van planeten.

Het vermogen om de hoeveelheid zware elementen in een planeet te meten is van cruciaal belang om te begrijpen hoe deze is ontstaan en astronomen kunnen dan deze koolstofdioxide-meetlat gebruiken voor een hele reeks exoplaneten om uitgebreidere kennis op te bouwen van de samenstelling van gigantische planeten.

Het team van Batalha nam WASP-39b waar in het kader van het Early Science Release-programma van de JWST om transiterende exoplaneten te bestuderen. Een transiterende planeet beweegt zich, vanaf de Aarde gezien, voorlangs zijn ster waardoor astronomen het sterlicht kunnen bestuderen als dat door de atmosfeer van de planeet trekt. Gassen zoals koolstofdioxide absorberen dat sterlicht op bepaalde golflengtes.

Met behulp van de Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) van de JWST verkregen de onderzoekers een hoge-resolutie transmissiespectrum dat het licht laat zien dat door de atmosfeer van WASP-39b wordt doorgelaten, gescheiden in de samenstellende golflengtes. Deze gegevens leverden volgens de onderzoekers prachtige lichtcurves op en toonden aan dat het NIRSpec-instrument de verwachtingen voor transmissiespectroscopie overtreft. Dit is een goed voorteken voor waarnemingen van kleine rotsplaneten waarvan wordt verwacht fat ze koolstofdioxide in hun atmosfeer hebben (wanneer ze een atmosfeer hebben) maar die niet zo’n sterk signaal zullen geven als een gigantische planeet als WASP-39b.

lichtcurves van WASP-39b
Een serie lichtcurves van de NIRSPec van de Webb tonen de veranderingen in helderheid van drie verschillende golflengtes (kleuren) van licht in de tijd van het stersysteem WASP-39 op het moment dat de exoplaneet voorlangs de ster trekt. De lichtcurves dateren van 10 juli 2022. Credit: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

Volgens de onderzoekers zal deze waarneming dienen als een bruikbare maatstaf voor wat men in de toekomst kan doen om koolstofdioxide op aardse planeten te detecteren. Het is het meest waarschijnlijke atmosferische gas dat men met de JWST zal detecteren in de atmosferen van aardse planeten.

Naast koolstofdioxide ontdekten de onderzoekers nog een ander interessant kenmerk in het spectrum van WASP-39b dat ze nog niet hadden geïdentificeerd. Het is nog niet bekend waarover het gaat. In dit onderzoek richten de onderzoekers zich op een klein gebied van infrarode kleuren. Het is slechts een klein voorbeeld van wat er straks allemaal in het volledige spectrum zichtbaar is.

De onderzoekers merkten ook op dat WASP-39b een vergelijkbare samenstelling lijkt te hebben als Saturnus. De metalliciteit van Saturnus is 10 keer die van de Zon en WASP-39b lijkt ook ongeveer 10 keer meer zware elementen te hebben ten opzichte van de Zon.

Dat is volgens de onderzoekers super interessant en ze zouden graag willen weten of alle planeten met de massa van Saturnus dezelfde metalliciteit hebben. Ze vinden het opwindend om dit in een ander systeem te zien omdat ze niet wisten wat ze konden verwachten toen ze van de planeten in ons zonnestelsel naar de atmosferen van exoplaneten gingen.

WASP-36b bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Maagd – Virgo en bevindt zich 20 keer dichter bij zijn ster dan de Zon bij de Aarde. Hoewel de planeet ongeveer dezelfde massa als Saturnus heeft is de planeet ongeveer 50% groter en heeft dus een lagere dichtheid. Dat de planeet wat opgezwollen is komt vermoedelijk door de opwarming van zo dichtbij door zijn moederster. Eerdere waarnemingen toonden aan dat het een relatief heldere lucht heeft waardoor de planeet een goed doelwit is voor transmissiespectroscopie.

Artikel: Identification of carbon dioxide in an exoplanet atmosphere, Nature (2022).

Eerste publicatie: 25 augustus 2022
Bron: Nature, universiteit van Californië, Santa Cruz, ESO