Webb maakt transmissiespectra van TRAPPIST-1b
TRAPPIST-1 is een nabijgelegen systeem van zeven gematigde, rotsachtige exoplaneten ter grootte van de Aarde die rond een ultrakoele dwerg ter grootte van Jupiter draaien. Ze zijn bij uitstek geschikt voor atmosferische studies. Met behulp van het NIRISS-instrument aan boord van de Webb Space Telescope hebben astronomen nu de eerste transmissiespectra van TRAPPIST-1b, de binnenste planeet in het TRAPPIST-1-systeem, vastgelegd.
TRAPPIST-1 is een ultrakoele M-dwergster op een afstand van 38,8 lichtjaar in het sterrenbeeld Waterman – Aquarius.
De ster, ook bekend als K2-112 of TIC 278892590, is nauwelijks groter dan Jupiter en heeft een massa van slechts 0,08 zonsmassa.
In februari 2017 maakten astronomen bekend dat de ster minstens 7 planeten heeft: TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g en h. Al deze planeten zijn qua grootte vergelijkbaar met de Aarde en Venus, of iets kleiner, en hebben zeer korte omlooptijden: respectievelijk 1,51, 2,42, 6,06, 9,21, 12,35 en 20 dagen.
Drie van deze planeten liggen in de bewoonbare zone van de ster, wat betekent dat ze mogelijk geschikte omstandigheden voor leven herbergen.
TRAPPIST-1b, de binnenste planeet, heeft een baanafstand van ongeveer 1/100ste van die van de Aarde en ontvangt vier keer de hoeveelheid energie die de Aarde van de Zon krijgt.
Hoewel de planeet zich niet binnen de bewoonbare zone bevindt kunnen waarnemingen van de planeet belangrijke informatie opleveren over zijn zusterplaneten, evenals over die van andere rode dwergen.
In dit nieuwe onderzoek hebben promovenda Olivia Lim van de universiteit van Montréal en haar collega’s Webb ingeschakeld om TRAPPIST-1b te bestuderen.
De planeet werd waargenomen tijdens twee transities – het moment waarop de planeet voorlangs zijn ster trekt – met behulp van Webb’s NIRISS-instrument.
Het zijn de allereerste spectroscopische waarnemingen van een TRAPPIST-1-planeet verkregen door de Webb Space Telescope.
De astronomen gebruikten de techniek van transmissiespectroscopie om dieper in de verre wereld te kijken.
Door het licht van de centrale ster te analyseren nadat dit tijdens een transitie door de atmosfeer van de exoplaneet is gegaan, kunnen astronomen de unieke vingerafdruk zien die is achtergelaten door de moleculen en atomen die zich in die atmosfeer bevinden.
Het is slechts een kleine subset van nog veel meer waarnemingen van dit unieke planetenstelsel die nog moeten komen en geanalyseerd moeten worden.
Deze eerste waarnemingen benadrukken de kracht van NIRISS en Webb in het algemeen om de dunne atmosfeer rond rotsachtige planeten te onderzoeken.
De belangrijkste bevinding van het team was hoe belangrijk de activiteit en verontreiniging van sterren zijn bij het bepalen van de aard van een exoplaneet.
Stellaire besmetting verwijst naar de invloed van de kenmerken van de ster zelf, zoals donkere vlekken en heldere fakkelvelden, op metingen van de atmosfeer van de exoplaneet.
De auteurs vonden overtuigend bewijs dat sterbesmetting een cruciale rol speelt bij het vormgeven van de transmissiespectra van TRAPPIST-1b en waarschijnlijk ook van andere planeten in het systeem.
De activiteit van de centrale ster kan “spooksignalen” creëren, die de waarnemer kunnen laten denken dat jij een bepaald molecuul in de atmosfeer van de exoplaneet heeft gedetecteerd.
Dit resultaat onderstreept het belang van het in aanmerking nemen van sterverontreiniging bij het plannen van toekomstige waarnemingen van alle exoplanetaire systemen.
Dit geldt vooral voor systemen als TRAPPIST-1 omdat het systeem gecentreerd is rond een rode dwerg die bijzonder actief kan zijn bij sterrenvlekken en frequente uitbarstingen.
Naast besmetting door vlekken en fakkelvelden van sterren zagen de onderzoekers een stellaire uitbarsting, een onvoorspelbare gebeurtenis waarbij de ster enkele minuten of uren helderder lijkt.
Deze uitbarsting beïnvloedde hun meting van de hoeveelheid licht die door de planeet werd geblokkeerd.
Dergelijke kenmerken van stellaire activiteit zijn moeilijk te modelleren maar er moet rekening mee worden gehouden om ervoor te zorgen dat de gegevens correct worden geïnterpreteerd.
Op basis van de nieuwe Webb-waarnemingen onderzochten de onderzoekers een reeks atmosferische modellen voor TRAPPIST-1b waarbij ze verschillende mogelijke composities en scenario’s onderzochten
Ze ontdekten dat ze het bestaan van wolkenvrije, waterstofrijke atmosferen met zekerheid konden uitsluiten – met andere woorden: er lijkt geen duidelijke, uitgebreide atmosfeer te zijn rond TRAPPIST-1b.
De gegevens kunnen echter niet met zekerheid dunnere atmosferen uitsluiten, zoals die bestaande uit zuiver water, koolstofdioxide of methaan, noch een atmosfeer vergelijkbaar met die van Titan, een maan van Saturnus en de enige maan in het zonnestelsel met een eigen atmosfeer.
Deze resultaten komen over het algemeen overeen met eerdere fotometrische waarnemingen van TRAPPIST-1b met het MIRI-instrument van Webb.
Artikel: Olivia Lim et al. 2023. Atmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1b with JWST/NIRISS: Evidence for Strong Stellar Contamination in the Transmission Spectra. ApJL 955, L22; doi: 10.3847/2041-8213/acf7c4
Eerste publicatie: 28 september 2023
Bron: sci-news
