In 2020 ontdekten astronomen WD 1856+534 b, een gasreus die 81 lichtjaar van de aarde rond een ster draait. Deze exoplaneet, die ruwweg zes keer zo zwaar is als Jupiter (waardoor het een “super-Jupiter” is), is de eerste bekende planeet die rond een witte dwergster draait. In een recent artikel beschrijft een internationaal team van astronomen hun waarnemingen van deze exoplaneet met behulp van het Mid-Infrarood Instrument (MIRI) aan boord van de James Webb Space Telescope (JWST). Hun waarnemingen bevestigen dat WD 1856+534 b de koudste exoplaneet is die ooit is waargenomen.
Het onderzoek werd geleid door Mary Anne Limbach, een assistent-onderzoekswetenschapper bij de afdeling Astronomie van de Universiteit van Michigan, Ann Arbor. Ze werd bijgestaan door onderzoekers van het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT, het Johns Hopkins University Applied Physics Lab (JHUAPL), de University of Victoria, de University of Texas at Austin, het Center for Interdisciplinary Research and Exploration in Astrophysics (CIERA), Center for Astrophysics, University of Southern Queensland, en het NSF NOIRLab en Gemini Observatory. Hun waarnemingen maakten deel uit van het JWST Cycle 3 General Observation (GO) programma, dat als doel had om de geavanceerde infraroodoptiek en spectrometers van Webb te gebruiken om de planeet direct te karakteriseren. Dit is in overeenstemming met een van de missiedoelen van de JWST, namelijk het karakteriseren van exoplaneten met behulp van de Direct Imaging Method. Hierbij wordt licht waargenomen dat wordt weerkaatst door het oppervlak of de atmosfeer van een exoplaneet en wordt dit licht met spectrometers onderzocht op chemische kenmerken. Hierdoor kunnen astronomen de aanwezigheid van mogelijke biosignaturen (zuurstof, stikstof, methaan, water, etc.) vaststellen en details afleiden over de vorming en samenstelling van de planeet. Met geavanceerde telescopen van de volgende generatie, zoals de JWST, kan deze methode leiden tot het eerste overtuigende bewijs van leven buiten het zonnestelsel.
Emissiespectra van deze planeten kunnen ook details onthullen over de samenstelling en migratiegeschiedenis van de planeet. Maar zoals de auteurs in hun studie op de arXiv preprint server aangeven, blijft het een uitdaging om licht van een exoplaneet direct te detecteren vanwege het overweldigende licht van hun gastheersterren. Als gevolg daarvan is directe beeldvorming grotendeels beperkt gebleven tot massieve planeten (bijvoorbeeld gasreuzen) met brede banen of extreem hoge atmosfeertemperaturen. Ondertussen zijn er geen aardse (of rotsachtige) exoplaneten waargenomen die dichter bij hun ster draaien. Bovendien zijn er ook geen exoplaneten waargenomen met een emissiespectrum dat koeler is dan 275 K (1,85°C; 35,33°F), vergelijkbaar met dat van de aarde. WD-sterren bieden een unieke kans om koudere planeten te detecteren en te karakteriseren. Zoals het team opmerkte:
“De lage helderheid van WD's vermindert de contrastuitdagingen die directe detecties rond hun tegenhangers van de hoofdreeks normaal gesproken in de weg staan. Als evolutionaire overblijfselen van sterren zoals de zon, bieden WDs inzicht in het lot van planetenstelsels na de stellaire dood. Inzicht in de interactie tussen planeten en hoe ze de evolutie na de hoofdreeks overleven, levert cruciale informatie op over baanstabiliteit, dynamische migratie en mogelijke opslorping van planeten.” Daarnaast kan het onderzoek van WD-planeetsystemen licht werpen op de vraag of planeten dit late stadium van stellaire evolutie kunnen overleven en inzicht geven in de vraag of er nog steeds bewoonbare omstandigheden kunnen bestaan rond stellaire restanten. Astronomen en astrobiologen hopen deze mysteries te kunnen onderzoeken met behulp van de mogelijkheden van Webb. Voor hun onderzoek bevestigden Limbach en haar collega's de aanwezigheid van WD 1856+534 b met behulp van de Infrarood (IR) overmaatmethode met gegevens van JWST Mid-Infrarood Instrument (MIRI).
Hierdoor konden ze de massa van WD 1856+534 b bepalen en de atmosfeertemperatuur meten. Hun analyse onthulde een gemiddelde temperatuur van 186 K (-87°C; -125°F), waardoor WD 1856+534 b de koudste exoplaneet is die ooit is ontdekt. Ze bevestigden verder dat de exoplaneet een massa heeft die niet groter is dan zes keer die van Jupiter, terwijl eerdere waarnemingen een schatting van 13,8 Jupitermassa's opleverden. Hun resultaten vormen ook de eerste directe bevestiging dat planeten kunnen overleven en kunnen migreren naar nauwe banen in de buurt van de bewoonbare zones van WDs. Het team kijkt uit naar verdere waarnemingen van WD 1856 b door de JWST, die gepland staan voor 2025. Hopelijk zullen deze waarnemingen extra planeten identificeren, wat zou kunnen aantonen of WD 1856 b in zijn huidige baan is gestoord. Verder worden binnenkort de resultaten vrijgegeven van eerdere waarnemingen die Webb's Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) in cyclus 1 heeft gedaan. Deze zullen een eerste karakterisering van de atmosfeer van de planeet opleveren.
Bron: Phys.org
