Rondom exoplaneet K2-18 b wervelt waterdamp

Astronomie K2-18 b is de eerste mogelijk ‘leefbare’ exoplaneet waar water in de atmosfeer is aangetroffen. Er zijn misschien zelfs wolken.

Artist’s impression van de exoplaneet K2-18 b.
Artist’s impression van de exoplaneet K2-18 b. Nature Astronomy

De atmosfeer van de vrij koele exoplaneet K2-18 b bevat vrijwel zeker waterdamp. Dat concluderen twee internationale teams uit onderzoek dat woensdag in Nature Astronomy en als voorpublicatie op arXiv is gepubliceerd. Het is voor het eerst dat er water is aangetoond op een mogelijk ‘leefbare’ exoplaneet.

De ontdekking is grotendeels gebaseerd op waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop, die in 2016 en 2017 zijn verricht door een team onder leiding van Björn Benneke van de universiteit van Montreal. Daarbij zijn metingen gedaan op momenten dat K2-18 b van ons uit gezien vóór zijn ster langs trok. Tijdens zo’n planeetovergang gaat een deel van het sterlicht door de atmosfeer van de planeet en worden bepaalde golflengten van dit licht weggefilterd.

Dankzij dit effect hebben het team van Benneke en een team onder leiding van Angelos Tsiaras van University College London kunnen aantonen dat de atmosfeer van de planeet waterdamp en waarschijnlijk ook waterstof en helium bevat. Door condensatie van waterdamp kunnen zich ook wolken van waterdruppeltjes in de atmosfeer hebben gevormd.

Rode dwergster

Astronoom Ignas Snellen van de Sterrewacht Leiden – zelf niet betrokken bij de beide onderzoeken – spreekt van een interessante ontdekking. „Het mooie is dat het hier om een planeet gaat die redelijk koud is, net als de aarde”, zegt hij. „Maar daar houdt de vergelijking met de aarde ook wel op. Deze planeet lijkt waarschijnlijk meer op Neptunus, maar dan half zo groot.”

K2-18 b cirkelt om een rode dwergster op ruim 110 lichtjaar van de aarde. Zijn afstand tot de ster bedraagt 21,5 miljoen kilometer, zeven keer minder ver dan de afstand zon-aarde. Dat het desondanks niet erg heet kan zijn op de planeet, komt doordat zijn moederster doorgaans veel minder licht en warmte uitstraalt dan de zon. Doorgaans, want de intensiteit van de straling van de ster varieert enigszins.

Dit resulteert in een temperatuur die niet erg veel zal afwijken van de temperatuur op aarde. Theoretisch zou er dus vloeibaar water op K2-18 b kunnen voorkomen, wat hem het predikaat ‘leefbaar’ oplevert. De overige exoplaneten waarbij waterdamp is gedetecteerd, zijn onleefbaar koud of heet. Dat laatste geldt bijvoorbeeld ook voor ‘zusterplaneet’ K2-18 c.

Rotsachtige planeet

Uit eerder onderzoek was al gebleken dat K2-18 b ruwweg acht keer zoveel massa heeft als de aarde en een ruim tweemaal zo grote middellijn. De gemiddelde dichtheid is daarmee aanzienlijk lager dan die van onze planeet: 3,7 tegen 5,5 gram per kubieke centimeter. Dat kan twee dingen betekenen: het is een rotsachtige planeet met een dichte, uitgestrekte atmosfeer of – wat Snellen dus waarschijnlijker acht – een planeet die uit allerlei (deels bevroren) gassen bestaat.

„Het is geen verrassing dat in de dampkring van zo’n planeet water zou voorkomen – zij het in kleine hoeveelheden”, aldus Snellen. „Als dit resultaat de tand des tijds kan doorstaan, is dit zeker wat ophef waard. Het geeft goede hoop voor de JWST.”

JWST staat voor James Webb Space Telescope. Van deze ruimtetelescoop, waarvan de lancering staat gepland voor maart 2021, wordt veel verwacht op het gebied van het exoplanetenonderzoek. Hij zou in staat moeten zijn om een aantal exoplaneten rechtstreeks in beeld te brengen en de samenstelling van hun atmosferen te bepalen.

Correctie 12-9: in een eerdere versie van dit artikel stond dat de dichtheid van de exoplaneet K2-18 b 3,3 gram per kubieke centimeter was.