Nieuwe blik op atmosfeer van planeet in ander zonnestelsel

Astronomie Elementen als koolstof bestaan in varianten. Hoe een planeet ontstaat, bepaalt de verhoudingen tussen zulke isotopen.

De Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili, waarmee het onderzoek is verricht.
De Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili, waarmee het onderzoek is verricht. Foto F. Kamphues/ESO/EPA

Voor het eerst zijn in de dampkring van een planeet buiten ons zonnestelsel varianten gevonden van één chemisch element. Nederlandse onderzoekers publiceerden hun bevindingen deze woensdag in Nature.

De astronomen zochten specifiek naar koolstofisotopen. Isotopen zijn varianten van hetzelfde element: ze hebben in de kern hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen. Chemisch zijn ze vrijwel hetzelfde, maar hun massa is anders. Onder verschillende omstandigheden in een dampkring komt de ene variant vaker voor dan de andere. De onderlinge verhoudingen zeggen iets over het ontstaan van de planeet.

Isotopen aantonen was nog niet gelukt. Astronomen konden wel al verschillende soorten moleculen van elkaar onderscheiden in de dampkring van exoplaneten. Elk molecuul absorbeert straling in net iets andere kleuren. Isotopen doen dat ook, maar het verschil in kleur is veel kleiner en sommige isotopen zijn zeldzaam. Daarom zijn ze lastiger om op grote afstand te ontdekken.

Nu is het de Nederlandse astronomen gelukt om koolstof dertien (met zes protonen en zeven neutronen) en koolstof twaalf (zes protonen en zes neutronen) te onderscheiden in de atmosfeer van een exoplaneet. „We kregen een sterker signaal door de telescoop langer op de planeet te richten en we wisten precies in welke kleur we het verschil moesten zoeken”, zegt Ignas Snellen van de Universiteit Leiden, een van de betrokken astronomen.

Goed te onderscheiden

Ze vonden de isotopen in de atmosfeer van TYC 8998-760-1 b. Deze gasreus is ongeveer veertien keer zo zwaar als Jupiter en draait rondjes om een ster op driehonderd lichtjaar van de aarde. Hij komt uit een ‘jong’ planetenstelsel. Zijn moederster is ongeveer zeventien miljoen jaar oud. „Jonge planeten zijn helder”, zegt Snellen. „En zijn lange afstand tot zijn moederster [honderzestig keer zo ver als de zon van de aarde] maakt zijn straling goed te onderscheiden van de felle straling van de ster. Daarom is deze planeet een relatief makkelijk doelwit.”

„Heel mooi resultaat”, zegt Alex de Koter, sterrenkundige aan de Universiteit van Amsterdam en niet bij de studie betrokken. „Het is een lastige taak om je vakgenoten ervan te overtuigen dat je isotopen hebt waargenomen. Maar wat mij betreft is dat gelukt. Ze bevestigen hun vondst met een heel nette statistische analyse.”

Opvallend is dat het team in verhouding meer koolstof dertien vond dan ze bij een jonge planeet verwachten. Alleen op grote afstand van een ster kan zich ijs vormen in de gasschijven waaruit planeten ontstaan. Dat ijs is rijk aan koolstof dertien. „Dit biedt houvast dat de exoplaneet in ieder geval achter die ijsgrens gevormd is en niet pas later verder weg is geduwd”, zegt de Koter. „Of het mogelijk is voor zo’n zware planeet om gevormd te zijn op een afstand van honderdzestig keer de afstand tussen de aarde en de zon, waar hij zich nu bevindt, vraag ik mij af. Zo ver van een zich vormende ster is er meestal niet zo veel gas en stof meer, de bouwmaterialen van planeten.