Een onderzoek met metingen door James Webb Space Telescope (JWST) suggereert dat de exoplaneet 55 Cancri e een secundaire atmosfeer heeft die wordt ontgast door de magma-oceaan. In plaats van verdampt gesteente kan de atmosfeer rijk zijn aan CO2 en CO. Dit is het eerste geval van detectie van een secundaire atmosfeer rond een rotsachtige exoplaneet en is van groot belang voor de wetenschap van exoplaneten, omdat het verkrijgen en in stand houden van een gasrijke atmosfeer door een rotsachtige planeet van cruciaal belang is. aan bewoonbaarheid.
Exoplaneten (planeten buiten ons zonnestelsel) staan centraal in de zoektocht naar sporen van buitenaards leven. Het opsporen en karakteriseren van exoplaneten in sterrenstelsels is belangrijk voor het bestuderen van bewoonbare, aardachtige planeten met een omgeving en omstandigheden die leven mogelijk maken.
De eerste exoplaneten werden in de jaren negentig ontdekt. Sindsdien zijn er in de afgelopen decennia meer dan 5000 exoplaneten gevonden. Bijna allemaal bevinden ze zich in ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg. In 2021 werd voor het eerst een exoplaneet in een extern sterrenstelsel ontdekt.
Exoplaneten met een rotsachtig terrein en een secundaire atmosfeer zijn van bijzonder belang voor astronomen, omdat dergelijke exoplaneten waarschijnlijk aardachtige omstandigheden hebben. Een secundaire atmosfeer ontstaat door het vrijkomen van gassen uit de warme mantel naar het oppervlak van de planeet. Bij aardse planeten verdwijnt de primaire atmosfeer, gevormd door lichte gassen zoals waterstof en helium die tijdens de initiële vorming van de planeet zijn geaccumuleerd, als gevolg van de lagere oppervlaktetemperatuur en ontsnappingssnelheid van de planeet.
De exoplaneet 55 Cancri e
De Exoplaneet 55 Cancri e is een hete rotsachtige exoplaneet op 41 lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Kreeft. Het is overwegend rotsachtig met een evenwichtstemperatuur van ongeveer 2,000 K, draait rond de zonachtige ster 55 Cancri en wordt geclassificeerd als een superaarde (omdat hij een diameter heeft die tweemaal zo groot is als die van de aarde en de dichtheid iets groter is). De samenstelling ervan is waarschijnlijk vergelijkbaar met die van rotsachtige planeten in het zonnestelsel.
Eerdere studies van deze exoplaneet suggereerden de aanwezigheid van een atmosfeer rijk aan vluchtige stoffen. De resultaten wezen echter op een primaire atmosfeer die voornamelijk uit H₂ / He bestaat, maar konden de mogelijkheid dat de gasmantel uit verdampt gesteente bestaat niet uitsluiten, aangezien de planeet heet genoeg is om verdamping van gesmolten gesteente mogelijk te maken. Het was niet bekend of de atmosfeer van deze exoplaneet secundair is gevormd door het vrijkomen van gas uit materiaal dat in de warme mantel was opgesloten naar het oppervlak van de planeet.
Een secundaire atmosfeer ontstaat nadat de oorspronkelijke, lichtere gassen (voornamelijk H₂ en He) verloren gaan tijdens het afkoelen van de planeet. Deze atmosfeer wordt gevormd door het vrijkomen van gassen vanuit het binnenste van de planeet naar het oppervlak als gevolg van vulkanen of tektonische activiteit. De atmosferen van Venus, de Aarde en Mars zijn bijvoorbeeld secundaire atmosferen. De aanwezigheid van een secundaire atmosfeer op een exoplaneet duidt op verdere evolutie van de planeet in een vroeg ontwikkelingsstadium, mogelijk richting bewoonbaarheid.
JWST-onderzoek naar exoplaneet 55 Cancri e
Metingen van het thermische emissiespectrum van de exoplaneet 55 Cancri e door de instrumenten aan boord van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben de mogelijkheid uitgesloten dat de atmosfeer uit verdampt gesteente bestaat. De nieuwe bevindingen wijzen erop dat de atmosfeer afkomstig is van een magma-oceaan en waarschijnlijk rijk is aan CO₂ en CO.
Dit is een belangrijke ontwikkeling in de exoplaneetwetenschap. Dit is de eerste keer dat wordt gedetecteerd dat een exoplaneet een omringende atmosfeer heeft die is gevormd uit uitgegaste materialen uit het binnenland (een secundaire atmosfeer).
De aarde, Venus en Mars in ons zonnestelsel waren in het verleden bedekt met de magma-oceaan met een samenspel van atmosfeer, oppervlak en interieur. Daarom zou de nieuwe ontwikkeling ons kunnen helpen de vroege omstandigheden van de aarde, Venus en Mars beter te begrijpen en hoe een rotsachtige planeet een gasrijke atmosfeer verkrijgt en in stand houdt, een belangrijke vereiste voor een planeet om bewoonbaar te zijn.
***
Referenties:
- JPL. Exoplaneten - NASA's Webb wijst op mogelijke atmosfeer rondom rotsachtige exoplaneet. Geplaatst op 8 mei 2024. Beschikbaar op https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-webb-hints-at-possible-atmosphere-surrounding-rocky-exoplanet
- Hu, R., c.s. 2024. Een secundaire atmosfeer op de rotsachtige exoplaneet 55 Cancri e. Natuur 630, 609–612. Gepubliceerd: 08 mei 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x
- Universiteit van Oregon. Pagina's – Primaire en secundaire sfeer. Verkrijgbaar bij https://pages.uoregon.edu/jschombe/ast121/lectures/lec14.html
***
 suggests that the exoplanet 55 Cancri e has a secondary atmosphere outgassed by magma ocean. Instead of vapourised rock, the atmosphere may be rich in CO2 and CO. This is the first instance of detection of secondary atmosphere around a rocky exoplanet and is significant in exoplanet science because acquisition and sustenance of a gas rich atmosphere by a rocky planet is key to habitability. ){kind=link}