James Webb-telescoop onthult dichte atmosfeer rond ultrahete rotsachtige exoplaneet TOI-561 b

De James Webb Space Telescope (JWST) heeft het meest overtuigende bewijs geleverd voor de aanwezigheid van een substantiële atmosfeer rond de rotsachtige exoplaneet TOI-561 b. Deze waarneming tart de gevestigde ideeën dat kleine planeten die zo dicht bij hun ster draaien, hun gasmantels niet kunnen behouden vanwege de intense straling van de ster.

TOI-561 b, geclassificeerd als een ultrahete superaard, werd voor het eerst gedetecteerd in 2020 en wordt geschat een van de oudste bekende planeten te zijn, gevormd zo'n 10 miljard jaar geleden. De planeet heeft een straal die ongeveer 1,4 keer die van de Aarde bedraagt en voltooit een baan om zijn ster in minder dan 11 uur. Dit plaatst hem in de zeldzame klasse van exoplaneten met een ultracort omlooptijd (USP).

De planeet draait om een oranje dwergster die ongeveer twee tot drie keer ouder is dan onze Zon. Door de extreem nauwe afstand is er sprake van getijdenvergrendeling, wat betekent dat één zijde van de planeet permanent naar de ster is gericht. Dit creëert extreme temperatuurverschillen en dynamische omstandigheden die normaal gesproken de atmosfeer zouden wegblazen.

Het onderzoeksteam, onder leiding van Johanna Teske van het Earth and Planets Laboratory van het Carnegie Institution, gebruikte de NIRSpec-spectrograaf van de JWST om de temperatuur van de dagzijde van de planeet te meten aan de hand van de nabij-infraroodstraling. Als TOI-561 b een kale rots zou zijn geweest, zou de temperatuur aan de dagzijde ongeveer 2700 °C (4900 °F) moeten bedragen. Echter, observaties uitgevoerd in mei 2024 toonden een significant lagere temperatuur aan van slechts 1800 °C (3200 °F).

Dit onverwacht lagere thermische verschil wordt het best verklaard door de aanwezigheid van een aanzienlijke, vluchtige rijke gasmantel die de warmte effectief herverdeelt over de planeet. Dit fenomeen suggereert een complexer thermisch evenwicht dan voorheen aangenomen voor dergelijke extreme werelden.

Co-auteur Tim Lichtenberg van de Rijksuniversiteit Groningen opperde dat de planeet lijkt op een 'natte lavabal', die rijker is aan vluchtige stoffen dan de Aarde. Deze eigenschap, met name de abnormaal lage dichtheid, kan niet uitsluitend worden toegeschreven aan de interne samenstelling, zoals een klein ijzeren kern en een mantel van minder dichte silicaten. De ster TOI-561 is metaalarm, wat wijst op de vorming van de planeet in een andere chemische omgeving dan de planeten in ons Zonnestelsel.

Volgens Dr. Anjali Piete van de Universiteit van Birmingham is de aanwezigheid van een atmosfeer noodzakelijk om alle waarnemingen te verklaren, aangezien sterke winden warmte naar de nachtzijde kunnen transporteren. Wetenschappers speculeren over een evenwichtstoestand tussen een magmaocean en de atmosfeer, waarbij gassen zowel vrijkomen als worden geabsorbeerd.

De onderzoekers zijn van plan om meer dan 37 uur aan JWST-waarnemingsgegevens te gebruiken om een kaart van de warmtecirculatie op te stellen en de atmosferische samenstelling nauwkeuriger te bepalen. De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift The Astrophysical Journal Letters. Volgens mede-auteur Nicole Wallack zet deze ontdekking de heersende opvattingen over planeten met een ultracort omlooptijd op zijn kop.