Foto: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Een internationaal team van onderzoekers heeft NASA's James Webb Space Telescope gebruikt om de temperatuur te meten van de rotsachtige exoplaneet TRAPPIST-1 b. De meting is gebaseerd op de thermische emissie van de planeet: warmte-energie die wordt afgegeven in de vorm van infrarood licht dat door Webb's Mid-Infrarood Instrument (MIRI) wordt gedetecteerd. Het resultaat geeft aan dat de dagzijde van de planeet een temperatuur heeft van ongeveer 500 kelvin (ongeveer 226,8 graden Celsius) en suggereert dat hij geen atmosfeer van betekenis heeft.

Dit is de eerste waarneming van enige vorm van licht dat wordt uitgezonden door een exoplaneet die zo klein en zo koel is als de rotsachtige planeten in ons eigen zonnestelsel. Het resultaat is een belangrijke stap om te bepalen of planeten rond kleine actieve sterren zoals TRAPPIST-1 een atmosfeer kunnen hebben die nodig is om leven te ondersteunen. Het is ook een goed voorteken voor de mogelijkheden van Webb om met behulp van MIRI gematigde exoplaneten ter grootte van de aarde te karakteriseren.

"Deze waarnemingen maken echt gebruik van Webb's mid-infrarood mogelijkheden", aldus Thomas Greene, astrofysicus bij NASA's Ames Research Center en hoofdauteur van de studie die vandaag in het tijdschrift Nature is gepubliceerd. "Geen enkele eerdere telescoop had de gevoeligheid om zulk zwak mid-infrarood licht te meten."

Rotsachtige planeten rond ultrakoude rode dwergen

Begin 2017 meldden astronomen de ontdekking van zeven rotsachtige planeten die rond een ultrakoele rode dwergster (of M-dwerg) 40 lichtjaar van de aarde draaien. Opmerkelijk aan de planeten is hun gelijkenis in grootte en massa met de binnenste, rotsachtige planeten van ons eigen zonnestelsel. Hoewel ze allemaal veel dichter bij hun ster draaien dan onze planeten bij de zon - ze zouden allemaal ruim binnen de baan van Mercurius passen - ontvangen ze vergelijkbare hoeveelheden energie van hun kleine ster.

TRAPPIST-1 b, de binnenste planeet, heeft een baanafstand van ongeveer een honderdste van die van de aarde en ontvangt ongeveer vier keer de hoeveelheid energie die de aarde van de zon krijgt. Hoewel hij zich niet in de bewoonbare zone van het systeem bevindt, kunnen waarnemingen van de planeet belangrijke informatie opleveren over zijn verwante planeten en die van andere M-dwergenstelsels.

"Er zijn tien keer zoveel van deze sterren in de Melkweg als er sterren als de zon zijn, en de kans dat ze rotsachtige planeten hebben is twee keer zo groot als bij sterren als de zon," legt Greene uit. "Maar ze zijn ook heel actief - ze zijn heel helder als ze jong zijn, en ze geven vlammen en röntgenstraling af die een atmosfeer kunnen wegvagen."

Co-auteur Elsa Ducrot van de Franse Commissie voor Alternatieve Energie en Atoomenergie (CEA), die deel uitmaakte van het team dat eerdere studies van het TRAPPIST-1-systeem uitvoerde, voegde daaraan toe: "Het is gemakkelijker om aardse planeten rond kleinere, koelere sterren te karakteriseren. Als we de bewoonbaarheid rond M-sterren willen begrijpen, is het TRAPPIST-1-systeem een geweldig laboratorium. Dit zijn de beste doelen die we hebben om de atmosferen van rotsachtige planeten te bekijken."

Een atmosfeer ontdekken (of niet)

Eerdere waarnemingen van TRAPPIST-1 b met de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen wezen niet op een gezwollen atmosfeer, maar konden een dichte atmosfeer niet uitsluiten. Een manier om de onzekerheid te verminderen is het meten van de temperatuur van de planeet. "Deze planeet is tidally locked, met één kant altijd naar de ster gericht en de andere in permanente duisternis," aldus Pierre-Olivier Lagage van CEA, co-auteur van het artikel. "Als er een atmosfeer is om de warmte te laten circuleren en herverdelen, zal de dagzijde koeler zijn dan wanneer er geen atmosfeer is."

Het team gebruikte een techniek die secundaire eclipsfotometrie wordt genoemd, waarbij MIRI de verandering in helderheid van het systeem meet als de planeet achter de ster beweegt. Hoewel TRAPPIST-1 b niet heet genoeg is om zijn eigen zichtbare licht af te geven, heeft hij wel een infrarode gloed. Door de helderheid van de ster alleen (tijdens de secundaire eclips) af te trekken van de helderheid van de ster en de planeet samen, konden ze met succes berekenen hoeveel infrarood licht de planeet afgeeft.

Meten van minuscule veranderingen in helderheid

Webbs ontdekking van een secundaire eclips is op zich al een belangrijke mijlpaal. Aangezien de ster meer dan 1000 keer helderder is dan de planeet, is de verandering in helderheid minder dan 0,1%. "Er was ook enige vrees dat we de verduistering zouden missen. De planeten trekken allemaal aan elkaar, dus de banen zijn niet perfect," zei Taylor Bell, de postdoctorale onderzoeker aan het Bay Area Environmental Research Institute die de gegevens analyseerde. "Maar het was gewoon verbazingwekkend: De tijd van de eclips die we in de gegevens zagen, kwam binnen een paar minuten overeen met de voorspelde tijd." Het team analyseerde gegevens van vijf afzonderlijke secundaire eclipswaarnemingen. "We vergeleken de resultaten met computermodellen die lieten zien wat de temperatuur in verschillende scenario's zou moeten zijn," legde Ducrot uit. "De resultaten komen bijna perfect overeen met een blackbody van kale rots en zonder atmosfeer om de warmte te laten circuleren. We hebben ook geen tekenen gezien van lichtabsorptie door kooldioxide, wat in deze metingen zichtbaar zou zijn."

Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van Webb Guaranteed Time Observation (GTO) programma 1177, een van de acht programma's uit Webb's eerste wetenschapsjaar die bedoeld zijn om het TRAPPIST-1 systeem volledig te karakteriseren. Momenteel worden aanvullende secundaire eclipswaarnemingen van TRAPPIST-1 b uitgevoerd, en nu ze weten hoe goed de gegevens kunnen zijn, hoopt het team uiteindelijk een volledige fasekromme vast te leggen die de verandering in helderheid over de hele baan weergeeft. Zo kunnen ze zien hoe de temperatuur verandert van dag- naar nachtzijde en bevestigen of de planeet een atmosfeer heeft of niet.

"Er was één doel waarvan ik droomde," zei Lagage, die meer dan twee decennia aan de ontwikkeling van het MIRI-instrument heeft gewerkt. "En dat was deze. Dit is de eerste keer dat we de uitstoot van een rotsachtige, gematigde planeet kunnen detecteren. Het is echt een belangrijke stap in het verhaal van het ontdekken van exoplaneten."

De James Webb Space Telescope is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren en de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin onderzoeken. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency). MIRI is ingebracht door NASA en ESA, waarbij het instrument is ontworpen en gebouwd door een consortium van nationaal gefinancierde Europese instituten (het MIRI European Consortium) en NASA's Jet Propulsion Laboratory, in samenwerking met de Universiteit van Arizona.

Bron: NASA

Kris Christiaens

K. Christiaens

Medebeheerder & hoofdredacteur van Spacepage.
Oprichter & beheerder van Belgium in Space.
Ruimtevaart & sterrenkunde redacteur.

Dit gebeurde vandaag in 1978

Het gebeurde toen

Vanop de Cape Canaveral lanceerbasis in Florida wordt de Amerikaanse Pioneer Venus Orbiter gelanceerd. Het ruimtetuig kwam op 4 december 1978 aan bij de planeet Venus en stuurde tot begin oktober 1992 wetenschappelijke gegevens over de atmosfeer van Venus door naar de Aarde waarna de ruimtesonde opbrandde in de atmosfeer van de planeet Venus. Op 9 december 1978 liet Pioneer Venus ook vier kleine sondes afdalen in de Venusatmosfeer waarvan één sonde succesvol landde en data terugstuurde naar de Aarde. Foto: NASA

Ontdek meer gebeurtenissen

Redacteurs gezocht

Ben je een amateur astronoom met een sterke pen? De Spacepage redactie is steeds op zoek naar enthousiaste mensen die artikelen of nieuws schrijven voor op de website. Geen verplichtingen, je schrijft wanneer jij daarvoor tijd vind. Lijkt het je iets? laat het ons dan snel weten!

Wordt medewerker

Steun Spacepage

Deze website wordt aan onze bezoekers blijvend gratis aangeboden maar om de hoge kosten om de site online te houden te drukken moeten we wel het nodige budget kunnen verzamelen. Ook jij kunt uw bijdrage leveren door ons te ondersteunen met uw donatie zodat we u blijvend kunnen voorzien van het laatste nieuws en artikelen boordevol informatie.

62%

Sociale netwerken