Astronomen die gebruikmaken van ESO’s Very Large Telescope hebben voor het eerst titaniumoxide gedetecteerd in de atmosfeer van een exoplaneet. De ontdekking, waarbij het FORS2-instrument is ingezet, is gedaan bij de hete Jupiterachtige planeet WASP-19b. Ze levert unieke informatie op over de chemische samenstelling en de temperatuur- en luchtdrukstructuur van de atmosfeer van deze ongewone en zeer hete wereld. De resultaten verschijnen vandaag in het tijdschrift Nature.
Een team van astronomen, onder leiding van Elyar Sedaghati – ESO-fellow en onlangs afgestudeerd aan de TU van Berlijn, heeft de atmosfeer van exoplaneet WASP-19b nauwkeuriger onderzocht dan ooit tevoren. Deze opmerkelijke planeet heeft ongeveer dezelfde massa als Jupiter, maar bevindt zich dermate dicht bij zijn moederster dat zijn omlooptijd slechts 19 uur bedraagt en zijn atmosfeer een geschatte temperatuur heeft van ongeveer 2000 graden Celsius. Wanneer WASP-19b voor zijn moederster langs schuift, schijnt een deel van het sterlicht door de planeetatmosfeer heen, waarbij deze laatste subtiele ‘vingerafdrukken’ achterlaat in het licht dat de aarde uiteindelijk bereikt. Door gebruik te maken van het FORS2-instrument van de Very Large Telescope heeft het team dat licht nauwkeurig kunnen analyseren. Uit de analyse blijkt dat de planeetatmosfeer kleine hoeveelheden titaniumoxide en water bevat, evenals sporen van natrium. Ook is een planeet omvattende mist waargenomen.
‘De detectie van zulke moleculen is geen eenvoudige opgave,’ aldus Sedaghati, die als ESO-student twee jaar aan dit project heeft gewerkt. ‘Niet alleen hebben we gegevens van uitzonderlijke kwaliteit nodig, we moeten ook een geavanceerde analyse uitvoeren. Om tot onze conclusies te komen, hebben we een algoritme gebruikt dat vele miljoenen spectra verkent die een breed scala aan chemische samenstellingen, temperaturen en wolk- en misteigenschappen bestrijken.’ Titaniumoxide kom je op aarde maar zelden tegen. Bekend is dat het voorkomt in de atmosferen van koele sterren. In de atmosferen van hete planeten zoals WASP-19b fungeert het als ‘warmteopnemer’. Als er genoeg van deze moleculen aanwezig zijn, voorkomen zij dat er warmte de atmosfeer binnenkomt of verlaat. Hierdoor ontstaat een thermische inversie: de temperatuur in de hoge atmosfeer is hoger dan in lager gelegen delen, terwijl dat normaal gesproken andersom is. Ozon speelt een vergelijkbare rol in de atmosfeer van onze eigen planeet, waar dit gas een inversie in de stratosfeer veroorzaakt.
‘De aanwezigheid van titaniumoxice in de atmosfeer van WASP-19b kan grote gevolgen hebben voor het temperatuurverloop en de luchtcirculatie in de atmosfeer, legt Ryan MacDonald – mede-teamlid en astronoom aan de universiteit van Cambridge (VK) – uit. ‘Dat we in staat zijn om exoplaneten op dit detailniveau te onderzoeken is veelbelovend en heel spannend.’ vult Nikku Madhusudhan van Cambridge University aan. Zij leidde de theoretische interpretatie van de waarnemingen. De astronomen hebben gedurende meer dan een jaar gegevens over WASP-19b verzameld. Door op verschillende golflengten van licht dat door de atmosfeer van de exoplaneet heen is gegaan de relatieve variaties in de straal van de planeet te meten, en de waarnemingen met atmosfeermodellen te vergelijken, konden de astronomen allerlei eigenschappen van de atmosfeer van de exoplaneet afleiden, waaronder de chemische samenstelling.
Deze nieuwe informatie over de aanwezigheid van metaaloxiden zoals titaniumoxide en andere stoffen zal leiden tot veel betere modellen van de atmosferen van exoplaneten. Zodra astronomen in staat zijn om de atmosferen van mogelijk leefbare planeten waar te nemen, zullen de nieuwe modellen hen veel beter in staat stellen om deze waarnemingen te interpreteren. ‘Deze belangrijke ontdekking is het resultaat van een opknapbeurt van het FORS2-instrument die precies voor dit doel is uitgevoerd,’ vult teamlid Henri Boffin van ESO, die leiding gaf aan het opknapproject, aan. ‘Sindsdien is FORS2 het beste instrument om dit soort waarnemingen vanaf de aarde te doen.’
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Detection of titanium oxide in the atmosphere of a hot Jupiter’ van Elyar Sedaghati et al., dat in Nature verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Elyar Sedaghati (ESO; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt en TU Berlin, Duitsland), Henri M.J. Boffin (ESO), Ryan J. MacDonald (Cambridge University, VK), Siddharth Gandhi (Cambridge University, VK), Nikku Madhusudhan (Cambridge University, VK), Neale P. Gibson (Queen’s University Belfast, VK), Mahmoudreza Oshagh (Georg-August-Universität Göttingen, Duitsland), Antonio Claret (Instituto de Astrofísica de Andalucía - CSIC, Spanje) en Heike Rauer (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt en TU Berlin, Duitsland).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen. VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO speelt ook een belangrijke partnerrol bij ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
