Astronomen hebben mogelijk atmosferische gassen ontdekt op 55 Cancri e, een hete rotsachtige exoplaneet op 41 lichtjaar van de aarde. Dit is het beste bewijs tot nu toe voor een atmosfeer rond een rotsachtige planeet buiten ons zonnestelsel. Gas dat opborrelt uit een met lava bedekt oppervlak voedt mogelijk een atmosfeer die rijk is aan kooldioxide of koolmonoxide. De onderzoekers, onder wie astronomen van SRON en de Sterrewacht Leiden, publiceren hun bevindingen in Nature.

Artistieke weergave van exoplaneet 55 Cancri e/Janssen. Credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Wetenschappers hebben tot nu toe al rond tientallen exoplaneten een atmosfeer gevonden. Dit zijn zonder uitzondering dikke, door waterstof gedomineerde atmosferen die relatief eenvoudig te bestuderen zijn. De veel dunnere gasmantels – vergelijkbaar met de atmosfeer van de aarde – die vrijwel zeker sommige kleine, rotsachtige exoplaneten omgeven, zijn veel moeilijker te traceren. Een groep astronomen, onder wie Yamila Miguel en Mantas Zilinskas van SRON, denken nu eindelijk een glimp te hebben opgevangen van een vluchtige atmosfeer rond een rotsachtige exoplaneet, met de James Webb Space Telescope.

Superhete superaarde 55 Cancri e
55 Cancri e, ook bekend als Janssen, is een van de vijf bekende planeten die rond de zonachtige ster 55 Cancri draaien, in het sterrenbeeld Kreeft. Met een diameter die bijna twee keer zo groot is als die van de aarde en een iets grotere dichtheid, wordt de planeet geclassificeerd als een superaarde: groter dan de aarde, kleiner dan Neptunus en waarschijnlijk qua samenstelling vergelijkbaar met de rotsachtige planeten in ons zonnestelsel. 55 Cancri e kreeg de naam Janssen in 2015 van de Internationale Astronomische Unie op voordracht van de KNVWS. Janssen is de Nederlandse mede-uitvinder van de telescoop.

Janssen omschrijven als “rotsachtig” zou echter de verkeerde indruk kunnen wekken. De planeet draait zo dicht om zijn ster (een vijfentwintigste van de afstand tussen de planeet Mercurius en de zon) dat zijn oppervlak waarschijnlijk gesmolten is – een borrelende oceaan van magma. Met zo’n nauwe omloopbaan is de planeet waarschijnlijk ook rotatiegesynchroniseerd (tidally locked in het Engels), met een dagkant die altijd naar de ster is gericht en een nachtkant in eeuwige duisternis, net zoals onze maan altijd met dezelfde kant naar de aarde toe is gericht.

Ondanks talloze waarnemingen sinds de ontdekking van de planeet in 2011, is de vraag onbeantwoord gebleven of Janssen wel of geen atmosfeer heeft – of er zelfs een zou kúnnen hebben – gezien de hoge temperatuur en het voortdurende bombardement van straling en zonnewind.

Eerdere studies van 55 Cancri e suggereerden de aanwezigheid van een substantiële atmosfeer die rijk is aan vluchtige stoffen (moleculen die in gasvorm op aarde voorkomen) zoals zuurstof, stikstof en kooldioxide. Maar onderzoekers konden een andere mogelijkheid niet uitsluiten: dat de planeet kaal is, op een dun laagje verdampt gesteente na dat rijk is aan elementen als silicium, ijzer, aluminium en calcium.

Koeler dan verwacht
De eerste aanwijzing dat Janssen een substantiële atmosfeer zou kunnen hebben, kwam van temperatuurmetingen op basis van de warmte-energie, die wordt afgegeven in de vorm van infrarood licht. Als de planeet bedekt is met donker gesmolten gesteente met een dunne sluier van verdampt gesteente of helemaal geen atmosfeer heeft, zou de temperatuur aan de dagkant rond de 2200 graden Celsius moeten liggen. 

In plaats daarvan zien de onderzoekers een relatief lage temperatuur van ongeveer 1540 graden Celsius. ‘Dit is een zeer sterke aanwijzing dat energie van de dagzijde naar de nachtzijde wordt gedistribueerd, waarschijnlijk door een atmosfeer die rijk is aan vluchtige stoffen’, zegt hoofdauteur Renyu Hu van NASA’s Jet Propulsion Laboratory. Hoewel lavastromen wat warmte kunnen verplaatsen naar de nachtkant, kunnen ze die niet efficiënt genoeg verplaatsen om het afkoelingseffect te verklaren.

‘We hebben de afgelopen tien jaar verschillende scenario’s gemodelleerd om ons voor te stellen hoe deze wereld eruit zou kunnen zien’, zegt Yamila Miguel (SRON/Sterrewacht Leiden). “Eindelijk bevestiging krijgen van ons werk is onbetaalbaar!”