Het regent ijzer op exoplaneet WASP-76b

Astronomie Op een verre planeet regent het ijzerdruppels. „Nu kunnen we voor het eerst zien dat de chemische samenstelling van zo’n planeet niet overal hetzelfde is.”

Artist’s impression van de atmosfeer van exoplaneet WASP-76b. De gasrijke planeet is bijna tweemaal zo groot als Jupiter.
Artist’s impression van de atmosfeer van exoplaneet WASP-76b. De gasrijke planeet is bijna tweemaal zo groot als Jupiter. Illustratie ESO/M. Kornmesser

Nauwkeurige waarnemingen laten zien dat er in de atmosfeer van exoplaneet WASP-76b een bijzondere vorm van neerslag optreedt. IJzer dat aan de ziedend hete dagzijde van de planeet verdampt, condenseert aan de nachtzijde tot druppeltjes. Gevolg: een regen van ijzer.

De gasrijke reuzenplaneet WASP-76b – bijna tweemaal zo groot als Jupiter – cirkelt om een wat heter zusje van onze zon, ruwweg 640 lichtjaar van ons vandaan. Hij is maar vijf miljoen kilometer van zijn moederster verwijderd en behoort daardoor tot de ‘ultrahete’ exoplaneten

Getijdenkrachten hebben ervoor gezorgd dat de rotatie van WASP-76b synchroon loopt met zijn beweging om de ster. In de tijd dat hij één keer om zijn as draait, maakt hij ook precies één rondje om zijn ster. Hierdoor is het op de ene helft van de planeet altijd dag, terwijl het op de andere helft altijd nacht is.

Grote temperatuurverschillen

Dit leidt tot grote temperatuurverschillen in de atmosfeer van de planeet. Aan de dagzijde loopt de temperatuur op tot 2.400 graden Celsius, terwijl het aan de nachtzijde ruwweg 1.000 graden ‘koeler’ is. Waarnemingen met een nieuwe spectrograaf van de Europese Very Large Telescope in het noorden van Chili hebben nu laten zien dat deze grote temperatuurdaling een waarneembaar verschil veroorzaakt in de chemische samenstelling van de atmosfeer.

In het kort komt het erop neer dat op de grens van dag naar nacht een duidelijke signatuur van ijzerdamp in de atmosfeer te zien is. Aan de andere kant van de planeet, bij de overgang van nacht naar dag, is echter vrijwel geen ijzer te bekennen. Tijdens de relatief koele nacht verdwijnt de ijzerdamp dus uit de atmosfeer. Volgens een groot onderzoeksteam, onder leiding van David Ehrenreich van de universiteit van Genève, wijst dit erop dat het ijzer na condensatie is neergeregend.

„Heel mooi werk”, zo omschrijft hoogleraar Ignas Snellen van de Universiteit Leiden dit onderzoek, waar hij zelf niet rechtstreeks bij betrokken was. „IJzer was al eens eerder in de atmosfeer van een exoplaneet gemeten, maar nu kunnen we voor het eerst zien dat de chemische samenstelling van zo’n planeet niet overal hetzelfde is.”

Niet eenvoudig

Snellen is ook enthousiast over de manier waarop deze ontdekking tot stand is gekomen. „De gebruikte techniek – hogeresolutiespectroscopie – is mede door ons hier in Leiden ontwikkeld”, e-mailt hij. „Deze Zwitserse onderzoeksgroep heeft daarvoor nu de nieuwe Espresso-spectrograaf ingezet.”

Dat klinkt eenvoudiger dan het is. Want hoe kun je de samenstelling meten van een verre planeet die vanaf de aarde niet eens rechtstreeks waarneembaar is?

Daar hebben de astronomen iets op gevonden. Tijdens elke omloop schuift WASP-76b van ons uit gezien voor zijn ster langs, waardoor het sterlicht regelmatige helderheidsdipjes vertoont. Zo zijn astronomen, zeven jaar geleden, ook achter het bestaan van de exoplaneet gekomen.

Weliswaar kijken we tijdens zo’n planeetovergang bijna recht tegen de donkere nachtkant van de planeet aan, maar links en rechts schemert er toch wat sterlicht door diens atmosfeer heen. Ehrenreich en zijn collega’s hebben nu gebruik gemaakt van het feit dat we aan het begin van de planeetovergang onder een andere hoek tegen WASP-76b aan kijken dan aan het eind ervan.

Meegesleurd met de rotatie

Het doorschemerende sterlicht wordt op specifieke golflengten geabsorbeerd door de ijzeratomen in de atmosfeer van WASP-76b. Deze atomen staan niet stil, maar worden meegesleurd met de rotatie van de planeet en de winden in diens atmosfeer.

De combinatie van beide zorgt ervoor dat de ijzeratomen die aan het einde van de planeetovergang worden waargenomen gemiddeld sneller bewegen dan die aan het begin ervan. Volgens de onderzoekers bewijst dit dat de waargenomen ‘absorptiesignalen’ van ijzer afkomstig zijn uit verschillende delen van de planeetatmosfeer.

„Deze verklaring is relatief eenvoudig en daarom aantrekkelijk. Natuurlijk kan de uiteindelijke reden veel ingewikkelder zijn, maar dit is een goed begin”, aldus Snellen, die de komende jaren nog meer mooie resultaten van Espresso verwacht.

Luister ook naar deze aflevering van onze podcastserie NRC Onbehaarde Apen: Waarom zoeken we naar planeten buiten ons zonnestelsel?

U kunt zich ook abonneren via Apple Podcasts, Stitcher, Spotify, Castbox of RSS.