[PWC-MEDIA] [NOVA-perslijst2] Webb onthult chemisch profiel van de atmosfeer van exoplaneet WASP-39 b
- From: "Marieke Baan" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> ("H.M.Baan")
- To: NOVA-perslijst1 <nova-perslijst1@xxxxxxxxxxx>, "nova-perslijst2@xxxxxxxxxxx" <nova-perslijst2@xxxxxxxxxxx>, "nova-astronomen@xxxxxxxxxxx" <nova-astronomen@xxxxxxxxxxx>
- Date: Tue, 22 Nov 2022 16:18:11 +0000
P E R S B E R I C H T
Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA)
---------------------------------------------------------------------------------------------------
22 november 2022
Webb onthult chemisch profiel van de atmosfeer van exoplaneet WASP-39 b
Een internationaal team van astronomen, onder wie sterrenkundigen van de
Universiteit van Amsterdam en de Universiteit Leiden heeft het eerste
‘chemische profiel’ onthuld van de atmosfeer van een exoplaneet, een planeet
rond een andere ster dan onze zon. Ze maakten het profiel met de zogeheten
Early Release Science-data van de James Webb Space Telescope. De resultaten
worden binnenkort gepubliceerd in vijf wetenschappelijk artikelen, waarvan een
aantal is geaccepteerd voor publicatie en een aantal nog wordt beoordeeld (zie
links naar de papers onderaan deze e-mail).
Het gaat om de atmosfeer van de ‘hete Saturnus’ WASP-39 b, een planeet die
ongeveer even zwaar is als Saturnus en rond een ster draait op zo'n 700
lichtjaar afstand van de aarde. Terwijl Webb en andere ruimtetelescopen,
waaronder Hubble en Spitzer, eerder al geïsoleerde ingrediënten van de
atmosfeer van deze hete planeet hebben onthuld, bieden de nieuwe metingen met
de zeer gevoelige instrumenten op Webb een volledige inventaris van atomen,
moleculen en zelfs tekenen van actieve chemie en wolken. De nieuwste data geven
ook een idee van hoe deze wolken er van dichtbij uitzien: gebroken in plaats
van een enkele, egale deken over de planeet.
"We hebben de exoplaneet waargenomen met meerdere instrumenten die samen een
brede strook van het infraroodspectrum en een groot aantal chemische
vingerafdrukken opleveren die tot de komst van Webb ontoegankelijk waren," zegt
onderzoekscoördinator Natalie Batalha, astronoom aan de Universiteit van
Californië in Santa Cruz, Californië, VS. UvA-astronoom Jean-Michel Desert, lid
van de Science Council van deze eerste resultaten, voegt daaraan toe: “Dit gaat
het onderzoeksgebied van exoplaneten totaal veranderen. We kunnen nu als nooit
tevoren op ondubbelzinnige en uitgebreide wijze de spectrale vingerafdrukken
van de chemische samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten waarnemen."
Een van de bijzondere vondsten is de eerste waarneming in de atmosfeer van een
exoplaneet van zwaveldioxide, een molecuul dat wordt geproduceerd door
chemische reacties die in gang worden gezet door hoogenergetisch licht van de
moederster van de planeet. Op aarde wordt de beschermende ozonlaag in de
bovenste atmosfeer op soortgelijke wijze gevormd. De Leidse astronoom Yamila
Miguel, die modellen maakte van de atmosfeer van WASP-39 b, inclusief de
fotochemie die is gebruikt om de oorsprong van zwaveldioxide te verklaren, ziet
JWST als een keerpunt in haar vakgebied: "Dit is de eerste keer dat we concreet
bewijs zien van fotochemie - chemische reacties die in gang worden gezet door
energetisch sterlicht - op exoplaneten.” Dit leidde tot een andere primeur:
wetenschappers pasten computermodellen van fotochemie toe op gegevens die een
dergelijk hoger niveau van fysica vereisen om volledig te kunnen worden
verklaard. Deze verbeterde modellen zullen helpen de technologische kennis op
te bouwen om in de toekomst mogelijke tekenen van leven te kunnen interpreteren.
WASP-39 b heeft een geschatte temperatuur van 900 graden Celsius en een
atmosfeer die voornamelijk uit waterstof bestaat. Op de exoplaneet zal zo goed
als zeker geen leven kunnen voorkomen. Maar de nieuwe resultaten kunnen wel
richting geven aan bewijs voor potentieel leven op andere exoplaneten, zoals
die van de kleinere, rotsachtige planeten in het TRAPPIST-1-systeem.
De nabijheid van de planeet bij zijn ster – de planeet staat acht keer dichter
bij zijn ster dan Mercurius bij onze zon - maakt hem tot een laboratorium om de
effecten van straling van sterren op exoplaneten te bestuderen. Een betere
kennis van het verband tussen ster en planeet moet leiden tot een beter begrip
van de diversiteit aan planeten in onze Melkweg.
Andere door de Webb-telescoop ontdekte bestanddelen in de atmosfeer zijn
natrium, kalium en waterdamp, waarmee eerdere waarnemingen van telescopen in de
ruimte en op de grond worden bevestigd. Ook zijn aanvullende signalen van water
op langere golflengten gevonden die nog niet eerder waren waargenomen. Webb zag
ook kooldioxide met een hogere resolutie en dat leverde twee keer zoveel
gegevens op als bij eerdere waarnemingen. Terwijl er ook koolmonoxide is
waargenomen, ontbreken in de Webb-gegevens duidelijke tekenen van zowel methaan
als waterstofsulfide.
Het vastleggen van zo'n breed spectrum van de atmosfeer van WASP-39 b was een
wetenschappelijke krachttoer: een internationaal team van honderden mensen
analyseerde onafhankelijk van elkaar de gegevens van de instrumenten op de
Webb-telescoop. Webb bekijkt het heelal in infrarood licht, voorbij het gebied
in het elektromagnetisch spectrum wat het menselijk oog kan waarnemen. Daardoor
kan de telescoop chemische vingerafdrukken oppikken die in zichtbaar licht niet
kunnen worden gedetecteerd. De drie gebruikte instrumenten zijn NIRSpec, NIRCam
en NIRISS.
Om het licht van WASP-39 b te zien, volgde Webb de planeet terwijl hij voor
zijn ster langsging, waardoor een deel van het licht van de ster door de
atmosfeer van de planeet werd gefilterd. Verschillende soorten moleculen in de
atmosfeer absorberen verschillende kleuren van het sterlichtspectrum, dus de
kleuren die ontbreken vertellen astronomen welke moleculen aanwezig zijn.
Met de nu ontdekte complete inventaris aan chemische ingrediënten krijgen
wetenschappers ook een kijkje in de overvloed van verschillende elementen in
relatie tot elkaar, zoals de koolstof-zuurstof- of kalium-zuurstofverhouding.
Dat geeft weer inzicht in hoe deze planeet in zijn jonge jaren is ontstaan uit
de gas- en stofschijf rond zijn moederster. De chemische inventaris van WASP-39
b wijst op een geschiedenis van botsen en samenklitten van kleinere brokken,
zogeheten planetesimalen, die uiteindelijk een gigantische planeet hebben
gecreëerd.
De overvloed aan zwavel ten opzichte van waterstof wijst erop dat de planeet
vermoedelijk een aanzienlijke aangroei van planetesimalen heeft doorgemaakt die
deze ingrediënten aan de atmosfeer hebben kunnen leveren. Zuurstof is ook veel
overvloediger aanwezig in de atmosfeer dan koolstof. Dit wijst er mogelijk op
dat WASP-39 b oorspronkelijk ver van de centrale ster is gevormd.
Andere in Nederland werkzame coauteurs zijn Hinna Shivkumar en Saugata Barat
van de Universiteit van Amsterdam en Amy Louca van de Sterrewacht Leiden. Amy
Louca: “Het was fantastisch om als PhD-student met deze gegevens te werken en
in de modellen signaturen van bijvoorbeeld kooldioxide en zwaveldioxide te
kunnen reproduceren. Het heeft ons laten zien dat er zoveel verschillende
aspecten zijn aan exoplaneten. We zijn nu eindelijk in staat om de kleinere
puzzelstukjes in elkaar te passen.”
E I N D E P E R S B E R I C H T
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Meer informatie
Contact:
Jean-Michel Desert, Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde, Universiteit
van Amsterdam
E-mail: J.M.L.B.Desert@xxxxxx<mailto:J.M.L.B.Desert@xxxxxx>
Yamila Miguel, Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden
E-mail: ymiguel@xxxxxxxxxxxxxxxxxx
Artikelen:
Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRSpec G395H
(Alderson et al.): https://arxiv.org/abs/2211.10488
Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRSpec PRISM
(Rustamkulov et al.): https://arxiv.org/abs/2211.10487
Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRCam (Ahrer et
al.): https://arxiv.org/abs/2211.10489
Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRISS (Feinstein et
al.): https://arxiv.org/abs/2211.10493
Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere (Tsai et al.):
https://arxiv.org/abs/2211.10490
Beeld:
- Wasp39b_illustration. Deze illustratie laat zien hoe exoplaneet WASP-39 b er
volgens de huidige kennis van de planeet uit zou kunnen zien. WASP-39 b is een
hete, opgezwollen gasreus met een massa van 0,28 maal die van Jupiter (en 0,94
maal die van Saturnus) en een diameter die 1,3 maal groter is dan die van
Jupiter, op slechts 0,0486 astronomische eenheden van zijn ster. De ster,
WASP-39, is een fractie kleiner en minder zwaar dan de zon. Omdat hij zo dicht
bij zijn ster staat, is WASP-39 b erg heet en is hij waarschijnlijk
rotatiegesynchroniseerd, met altijd één kant naar de ster gericht. De uiterst
gevoelige instrumenten van NASA's James Webb Space Telescope hebben een profiel
van de atmosferische bestanddelen van WASP-39 b opgeleverd, waaronder water,
zwaveldioxide, koolmonoxide, natrium en kalium. Deze illustratie is gebaseerd
op indirecte transitwaarnemingen van Webb en andere telescopen in de ruimte en
op de grond. Webb heeft geen direct beeld van deze planeet. Credit: NASA, ESA,
CSA, Joseph Olmsted (STScI)
- Wasp39b_Transmission. De samenstelling van de atmosfeer van de exoplaneet
WASP-39 b, onthuld door de James Webb Space Telescope. Deze grafiek toont vier
transmissiespectra van drie van Webbs instrumenten in vier instrumentmodi. Ze
zijn allemaal uitgezet op een gemeenschappelijke schaal van 0,5 tot 5,5 micron.
Een transmissiespectrum wordt gemaakt door sterlicht dat door de atmosfeer van
een planeet wordt gefilterd wanneer deze voor de ster langs beweegt, te
vergelijken met het ongefilterde sterlicht dat wordt waargenomen wanneer de
planeet naast de ster staat. Elk van de gegevenspunten (witte cirkels) in deze
grafieken vertegenwoordigt de hoeveelheid van een specifieke golflengte van het
licht dat door de planeet wordt tegengehouden en door zijn atmosfeer wordt
geabsorbeerd. Golflengten die bij voorkeur door de atmosfeer worden
geabsorbeerd, verschijnen als pieken in het transmissiespectrum. De blauwe lijn
is een best-fit model dat rekening houdt met de gegevens, de bekende
eigenschappen van WASP-39 b en zijn ster (bv. grootte, massa, temperatuur) en
de veronderstelde kenmerken van de atmosfeer. Linksboven tonen gegevens van
NIRISS vingerafdrukken van kalium (K), water (H2O) en koolmonoxide (CO).
Rechtsboven tonen gegevens van NIRCam een prominente watersignatuur. Linksonder
tonen gegevens van NIRSpec water, zwaveldioxide (SO2), kooldioxide (CO2) en
koolmonoxide (CO). Rechtsonder tonen aanvullende NIRSpec-gegevens al deze
moleculen en natrium (Na). Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
- Wasp39b_SO2 Production. De James Webb Space Telescope identificeerde voor het
eerst zwaveldioxide in de atmosfeer van een exoplaneet. De aanwezigheid ervan
kan alleen worden verklaard door fotochemie - chemische reacties die in gang
worden gezet door hoogenergetische sterlichtdeeltjes. Fotochemie is essentieel
voor processen op aarde die nodig zijn voor leven, zoals fotosynthese en de
vorming van onze ozonlaag. Credit: NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt; Center for
Astrophysics-Harvard & Smithsonian/Melissa Weiss
Video: https://youtu.be/cI-kM_wPbbQ
Over NOVA:
De Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) is het
samenwerkingsverband van de sterrenkundige instituten van de universiteiten van
Amsterdam, Groningen, Leiden en Nijmegen. Toponderzoekschool
NOVA heeft als missie het uitvoeren van baanbrekend sterrenkundig
onderzoek, het opleiden van jonge astronomen op het hoogste internationale
niveau en het delen van nieuwe ontdekkingen met de samenleving. De
NOVA-laboratoria zijn gespecialiseerd in het bouwen van state-of-the-art
optische/infrarood- en submillimeter-instrumentatie voor de grootste telescopen
op aarde.
www.astronomie.nl/
---------------------------------------------------------------------------------------------------
NOVA-perslijst2 mailing list
NOVA-perslijst2@xxxxxxxxxxx
https://list.uva.nl/mailman/listinfo/nova-perslijst2
Other related posts:
- » [PWC-MEDIA] [NOVA-perslijst2] Webb onthult chemisch profiel van de atmosfeer van exoplaneet WASP-39 b - Marieke Baan
