JWST bevestigt exoplaneet rond pulsar met koolstofrijke atmosfeer, een astronomische verrassing

Wetenschappers hebben met behulp van de James Webb Space Telescope (JWST) van NASA het bestaan van de exoplaneet PSR J2322-2650b bevestigd. Deze planeet vertoont een atmosferische samenstelling die een ware anomalie vormt binnen de huidige modellen voor planetaire vorming. De bevindingen, die de details van deze ontdekking uiteenzetten, zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal Letters, gepland voor december 2025. Michael Zhang van de Universiteit van Chicago, de hoofdauteur van de studie, benadrukte dat het team een type planetaire atmosfeer heeft gedetecteerd dat nog nooit eerder in de astronomie is waargenomen. Deze doorbraak werd mogelijk gemaakt door de ongeëvenaarde infraroodgevoeligheid van de JWST, die stabiel opereert op miljoenen kilometers afstand van de Aarde.

Het hemellichaam PSR J2322-2650b draait om een pulsarster met een massa vergelijkbaar met die van onze Zon, maar met een afmeting die niet groter is dan die van een stad. De planeet bevindt zich op een extreem korte afstand van haar ster, slechts ongeveer 1 miljoen mijl. Vanwege de immense zwaartekracht van de pulsar is de planeet, die een massa heeft die vergelijkbaar is met Jupiter, vervormd tot een citroenvorm. De omlooptijd bedraagt slechts 7,8 uur, wat wijst op een uitzonderlijk nauwe omloopbaan. De intense straling van de pulsar, voornamelijk bestaande uit gammastralen en andere hoogenergetische deeltjes, vormt geen belemmering voor de infrarooddetectoren van de Webb-telescoop, waardoor een heldere spectrale tracking gedurende de gehele baan mogelijk is.

De data verzameld door Webb onthulden een atmosfeer die gedomineerd wordt door helium en de moleculaire koolstofverbindingen C3 en C2. Dit is een ongekende observatie, aangezien van de ongeveer 150 bestudeerde exoplaneetatmosferen er geen enkele andere is met aantoonbare moleculaire koolstof. Zo’n samenstelling is hoogst ongebruikelijk voor een object met oppervlaktetemperaturen die 2000 graden Celsius overschrijden, vooral in een omgeving met een tekort aan zuurstof en stikstof. Maya Beleznay van de Stanford Universiteit, die de geometrie van de planeet modelleerde, onderstreepte dat deze configuratie een uitzonderlijk ‘maagdelijk’ spectrum biedt voor gedetailleerde analyse.

Het onderzoeksteam poneert de hypothese dat de extreme interne druk de koolstof in de planeet mogelijk tot diamantvormen samendrukt. Zhang merkte op dat deze chemische structuur de heersende theorieën over planeetvorming op de proef stelt. Het is moeilijk voor te stellen hoe zo’n koolstofrijke samenstelling tot stand is gekomen, aangezien dit de bekende vormingsmechanismen lijkt uit te sluiten. Hoewel het systeem is geclassificeerd als een dubbele ‘zwarte weduwe’, stelde Zhang dat PSR J2322-2650b niet past binnen de standaardscenario’s voor overblijfselen gevormd door stellaire afstoting, omdat de kernfysica geen zuivere koolstof produceert. Roger Romani van Stanford Universiteit bracht een theorie naar voren die verband houdt met de interne kristallisatie van koolstof en zuurstof, waarbij zuivere koolstof naar het oppervlak zou stijgen.

Eerder onderzoek, uitgevoerd met de Gemini South-telescoop in Chili, had dit object al geïdentificeerd. Het maakt deel uit van een ‘zwarte weduwe’-systeem waarbij de pulsar zijn metgezel langzaam opslokt. Michael Zhang, die in januari 2025 een Suzuki-beurs voor postdocs ontving, werkte eerder aan de analyse van JWST-gegevens aan de Universiteit van Chicago. Wetenschappers, waaronder Peter Gao van het Carnegie Earth and Planetary Laboratory, gaven aan dat de eerste reactie van het team op de ontvangen data was: ‘Wat is dit in vredesnaam?’. Deze bevestiging van een planeet die rond de milliseconde pulsar PSR J2322-2650 draait, opent een nieuw hoofdstuk in ons begrip van exotische werelden.