Persbericht

Zwaarste element tot nu toe gedetecteerd in atmosfeer exoplaneet

13 oktober 2022

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben astronomen het zwaarste element ontdekt dat ooit in de atmosfeer van een exoplaneet is aangetroffen: barium. Tot hun verrassing ontdekten zij dit element op grote hoogte in de atmosfeer van de ultrahete gasreuzen WASP-76 b en WASP-121 b – twee exoplaneten, planeten die om sterren buiten ons zonnestelsel draaien. De onverwachte ontdekking roept vragen op over hoe deze exotische atmosferen eruit kunnen zien.

‘Het raadselachtige en contra-intuïtieve is: waarom zit er zo’n zwaar element in de bovenste lagen van de atmosfeer van deze planeten?’, zegt Tomás Azevedo Silva, promovendus aan de Universiteit van Porto en het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portugal, die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd.

WASP-76 b en WASP-121 b zijn geen gewone exoplaneten. Beide staan bekend als ultrahete Jupiters, omdat ze qua grootte vergelijkbaar zijn met Jupiter, terwijl ze extreem hoge oppervlaktetemperaturen van meer dan 1000 °C hebben. Dit is te danken aan de nabijheid van hun moederster, waar ze in slechts één tot twee dagen omheen draaien. Dit geeft deze planeten nogal exotische kenmerken: astronomen vermoeden bijvoorbeeld dat het op WASP-76 b ijzer regent.

Maar desondanks waren de wetenschappers verrast om barium, dat 2,5 keer zo zwaar is als ijzer, aan te treffen in de hoge atmosferen van WASP-76 b en WASP-121 b. ‘Gezien de sterke zwaartekracht van deze planeten zouden we verwachten dat zware elementen zoals barium snel naar de onderste lagen van de atmosfeer zouden zakken,’ legt medeauteur Olivier Demangeon, eveneens onderzoeker aan de Universiteit van Porto en IA, uit.

‘Dit was in zekere zin een 'toevallige' ontdekking,’ zegt Azevedo Silva. ‘We verwachtten of zochten niet specifiek naar barium en we moesten controleren of deze signatuur daadwerkelijk van de planeet afkomstig was, aangezien het nog nooit eerder bij een exoplaneet was gezien.’

Het feit dat barium is ontdekt in de atmosferen van beide ultrahete Jupiters wijst erop dat deze categorie planeten misschien nog vreemder is dan al werd gedacht. Hoewel barium af en toe aan onze eigen hemel te zien is, als de felgroene kleur in vuurwerk, vragen wetenschappers zich af welk natuurlijk proces dit zware element op zulke grote hoogten in deze exoplaneten kan veroorzaken. ‘Op dit moment weten we niet zeker wat de mechanismen zijn,’ zegt Demangeon.

Voor het onderzoek van de atmosferen van exoplaneten zijn ultrahete Jupiters uiterst nuttig. ‘Omdat ze gasvormig en heet zijn, zijn hun atmosferen zeer uitgestrekt en dus gemakkelijker waarneembaar dan die van kleinere of koelere planeten’, legt Demangeon uit.

Het bepalen van de samenstelling van de atmosfeer van een exoplaneet vereist zeer gespecialiseerde apparatuur. Het team gebruikte het ESPRESSO-instrument op ESO’s VLT in Chili om sterlicht te analyseren dat was gefilterd door de atmosferen van WASP-76 b en WASP-121 b. Hierdoor konden verschillende elementen, waaronder dus barium, duidelijk worden gedetecteerd.

Deze nieuwe resultaten tonen aan dat we nog maar aan het begin staan van de mysteries van exoplaneten. Met toekomstige instrumenten zoals de hoge-resolutie ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), waarmee de komende Extremely Large Telescope (ELT) van ESO zal worden uitgerust, zullen astronomen de atmosferen van grote en kleine exoplaneten, waaronder die van rotsachtige planeten die op de aarde lijken, veel grondiger kunnen bestuderen en meer aanwijzingen kunnen verzamelen over de aard van deze vreemde werelden.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b’ dat in Astronomy & Astrophysics verschijnt (doi: 10.1051/0004-6361/202244489).

Het onderzoeksteam bestaat uit T. Azevedo Silva (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA/UPorto, CAUP] en Departamento de Física e Astronomia Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal [FCUP]), O.D.S. Demangeon (IA/UPorto, CAUP en FCUP), N.C. Santos (IA/UPorto, CAUP en FCUP), R. Allart (Department of Physics, en Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Canada en Observatoire astronomique de l’Université de Genève, Zwitserland [UNIGE]), F. Borsa (INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Italië) , E. Cristo (IA/UPorto, CAUP en FCUP), E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanje [IAC] en Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanje [IAC-ULL]), J.V. Seidel (European Southern Observatory, Chili [ESO Chile]), E. Palle (IAC), S.G. Sousa (IA/UPorto), H.M. Tabernero (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Spanje [CSIC-INTA]), M.R. Zapatero Osorio (CSIC-INTA), S. Cristiani (INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, Italië [INAF Trieste]), F. Pepe (UNIGE), R. Rebolo (IAC and IAC-ULL) , V. Adibekyan (IA/UPorto en FCUP), Y. Alibert (Physikalisches Institut, Universität Bern, Zwitserland), S.C.C. Barros (IA/UPorto en FCUP), V. Bourrier (UNIGE), P. Di Marcantonio (INAF Trieste), V. D’Odorico (INAF Trieste, Scuola Normale Superiore, Italië en Institute for Fundamental Physics of the Universe, Trieste, Italië [IFPU]), D. Ehrenreich (UNIGE en Centre Vie dans l’Univers, Faculté des sciences de l’Université de Genève, Zwitserland), P. Figueira (UNIGE en IA/UPorto), J.I. González Hernández (IAC en Universidad de La Laguna, Departamento de Astrofísica, Spanje), C.J.A.P. Martins (UA/UPorto en Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal), A. Mehner (ESO Chile), G. Micela (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Italië), P. Molaro (INAF Trieste en IFPU), D. Mounzer (UNIGE), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa and Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), A. Sozzetti (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Italië), A. Suárez Mascareño (IAC en IAC-ULL), en S. Udry (UNIGE).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen: VISTA voor infrarood en de VST voor zichtbaar licht. Op Paranal zal de ESO ook de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’  – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto's van de VLT
• Lees meer over ESO’s Extremely Large TelescopeVoor journalisten: abonneer je op persberichten in je eigen taal
• Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek!

Contact

Tomás Azevedo Silva
Instituto de Astrofisica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto
Porto, Portugal
E-mail: Tomas.Silva@astro.up.pt

Olivier Demangeon
Instituto de Astrofisica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto
Porto, Portugal
Tel: +351 226 089 855
E-mail: olivier.demangeon@astro.up.pt

Nuno Santos
Instituto de Astrofisica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto
Porto, Portugal
E-mail: Nuno.Santos@astro.up.pt

María Rosa Zapatero Osorio
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)
Madrid, Spain
E-mail: mosorio@cab.inta-csic.es

Hugo Tabernero
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)
Madrid, Spain
E-mail: htabernero@cab.inta-csic.es

Jonay González Henández
Instituto de Astrofísica de Canarias
Tenerife, Spain
E-mail: jonay@iac.es

Alejandro Suárez Mascareño
Instituto de Astrofísica de Canarias
Tenerife, Spain
E-mail: alejandro.suarez.mascareno@iac.es

Paolo Molaro
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
E-mail: paolo.molaro@inaf.it

Baptiste Lavie
University of Geneva
Geneva, Switzerland
E-mail: Baptiste.Lavie@unige.ch

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
E-mail: press@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media