Astronomen zien superstorm van giftig gas op exoplaneet

Nederlandse astronomen hebben voor het eerst een superstorm waargenomen in de atmosfeer van een exoplaneet, de bekende ‘hete Jupiter’ HD209458b. Zeer nauwkeurige waarnemingen van koolmonoxide laten zien dat dit gas met enorme snelheid van de extreem hete dagzijde van de planeet naar de koelere nachtzijde stroomt. De waarnemingen omvatten nog een andere bijzondere primeur: de meting van de baansnelheid van de planeet zelf, die een directe bepaling van zijn massa mogelijk maakt. Het team, onder leiding van de Leidse astronoom Ignas Snellen, publiceert het onderzoeksresultaat deze week in het tijdschrift Nature.

‘HD209458b is zeker geen plek voor softies. Door met grote nauwkeurigheid het giftige koolmonoxidegas te bestuderen, hebben we het bewijs gevonden voor een superwind die snelheden van 5000 tot 10.000 kilometer per uur bereikt,’ zegt Ignas Snellen.

HD209458b is een exoplaneet van ongeveer 0,6 maal de massa van Jupiter. Hij draait om een zonachtige ster in het sterrenbeeld Pegasus, op een afstand van 150 lichtjaar. De afstand tussen de ster en de planeet is twintig keer zo klein als die tussen zon en aarde. Hierdoor wordt de planeet sterk opgewarmd door zijn moederster: aan de dagzijde loopt de oppervlaktetemperatuur op tot ongeveer duizend graden. Maar omdat de planeet altijd dezelfde kant naar de ster toekeert, is de ene helft van de planeet heel heet, terwijl de andere helft veel koeler is. ‘Op aarde leiden grote temperatuurverschillen in de atmosfeer onvermijdelijk tot veel wind,’ zegt teamlid Simon Albrecht. ‘En zoals onze nieuwe metingen laten zien, is de situatie op HD209458b niet anders.’

HD209458b was elf jaar geleden de eerste exoplaneet die met behulp van de zogeheten transitmethode werd ontdekt. Om de drieënhalve dag beweegt de planeet vóór zijn moederster langs, waardoor er gedurende drie uur een klein beetje sterlicht wordt tegengehouden. Tijdens zo’n planeetovergang gaat een minieme fractie van het sterlicht door de planeetatmosfeer, die daardoor een zwakke vingerafdruk in het sterlicht achterlaat.

Een team sterrenkundigen van de Universiteit Leiden, het Nederlandse expertise-instituut voor ruimteonderzoek SRON en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS heeft deze zwakke vingerafdruk gedetecteerd en geanalyseerd met behulp van ESO’s Very Large Telescope en zijn krachtige CRIRES-spectrograaf. Alles bij elkaar is de planeet vijf uur waargenomen op momenten dat hij zich vóór zijn ster bevond. ‘CRIRES is het enige instrument ter wereld dat spectra kan afleveren die scherp genoeg zijn om de posities van de koolmonoxidelijnen tot een nauwkeurigheid van 1 op 100.000 vast te stellen,’ aldus medeteamlid Remco de Kok. ‘Deze hoge nauwkeurigheid stelt ons voor het eerst in staat om de snelheid van het koolmonoxidegas met behulp van het dopplereffect te bepalen.’

De astronomen hebben nog meer primeurs op hun naam geschreven. Ze hebben een directe meting gedaan van de snelheid waarmee de exoplaneet om zijn moederster draait. ‘Doorgaans wordt de massa van een exoplaneet bepaald door de schommelbeweging van de moederster te meten en een theoretische massa voor de ster aan te nemen. Maar in dit geval hebben we ook de beweging van de planeet zelf kunnen meten, waardoor we de massa van zowel de ster als de planeet konden bepalen’, zegt medeauteur Ernst de Mooij.

Ook konden de astronomen meten hoeveel koolstof er in de atmosfeer van deze planeet zit. ‘Het lijkt erop dat HD209458b net zo koolstofrijk is als Jupiter en Saturnus. Dat kan erop wijzen dat hij op dezelfde manier is ontstaan,’ aldus Snellen. ‘In de toekomst zullen astronomen wellicht in staat zijn om dit soort waarnemingen te gebruiken om de atmosferen van aardachtige planeten te onderzoeken, om vast te kunnen stellen over er ook elders in het heelal leven is.’

Dit onderzoek is gepresenteerd in een artikel dat deze week in het tijdschrift Nature verschijnt: ‘The orbital motion, absolute mass, and high-altitude winds of exoplanet HD209458b’, door I. Snellen et al.