Artists impression van hoe WASP-17b eruit zou kunnen zien, gebaseerd op
gegevens verzameld door het Mid-Infrarood Instrument (MIRI) en andere telescopen op de grond en in de ruimte, waaronder de Hubble- en
telescopen op de grond en in de ruimte, waaronder de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen. NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Kwarts, ook bekend als silica, is overal. Dit mineraal zit in het scherm van de laptop of telefoon waarop u dit artikel leest. Het wordt gebruikt om computerchips te maken, die overal in zitten, van medische apparatuur tot wasmachines. Het kan worden gesmolten om glas te maken.
Chemisch gezien is kwarts siliciumdioxide: één siliciumatoom vastgemaakt aan twee zuurstofatomen. Het is een belangrijk bestanddeel van de aardkorst, de grond onder onze voeten.
Dit opmerkelijke materiaal is nu ontdekt in de atmosfeer van een reuzenplaneet op 1300 lichtjaar van de aarde.
Deze planeet heet WASP-17b en behoort tot een klasse planeten die bekend staat als een “hete Jupiter”. WASP-17b is een exoplaneet, dat is een wereld die rond een ster draait die niet de zon is.
Het nieuwe onderzoek geeft een belangrijk inzicht in de soms extreme en onbekende omstandigheden op werelden rond andere sterren. Wij denken bij kwarts aan een harde stof, maar door de hitte en druk op WASP-17b kan dit mineraal veranderen in een gas. Uit dit gas vormen zich vervolgens kristallen in de bovenste atmosfeer.
Net als Jupiter bestaat WASP-17b voornamelijk uit waterstof en helium. Hij draait echter dicht om zijn moederster heen en voltooit een volledig circuit (een jaar op WASP-17b) in slechts 3,7 aardse dagen. De nabijheid van zijn ster verhit WASP-17b tot temperaturen van meer dan 1.500°C (2.700°F). Deze temperatuur is zo hoog dat de meeste materialen, zoals rotsen of ijs, op WASP-17b alleen als gas bestaan.
We hebben waarnemingen gedaan aan de planeet met behulp van de grootste ruimtetelescoop op aarde, de James Webb Space Telescope (JWST). We keken naar WASP-17b toen hij voor zijn ster langsging vanuit ons gezichtspunt, een fenomeen dat een transit wordt genoemd. Vervolgens hebben we het sterlicht gemeten dat door de atmosfeer van de planeet werd gefilterd.
Door het sterlicht op te splitsen in verschillende golflengten, konden we veranderingen zien in de manier waarop de atmosfeer dat licht absorbeert en ermee interageert. Elk atoom en molecuul in de atmosfeer geeft een unieke vingerafdruk op het licht en we kunnen computermodellen gebruiken om deze vingerafdrukken te ontwarren en ze te koppelen aan bepaalde chemische verbindingen.
Extreme omstandigheden
Met behulp van het Mid-Infrarood Instrument (MIRI) van JWST, dat licht meet op infrarode golflengten, hebben we bewijs gevonden voor zeer kleine kwartskristallen (nanokristallen) die wolken vormen op grote hoogte in de atmosfeer van WASP-17b.
De druk waar de kwartskristallen zich vormen, hoog in de atmosfeer, is slechts ongeveer een duizendste van wat we op het aardoppervlak ervaren. In combinatie met de temperaturen van rond de 1.500°C maken deze omstandigheden het mogelijk dat vaste kristallen zich direct uit gas vormen, zonder eerst door een vloeibare fase te gaan.
Dit laat ons zien dat andere planetenstelsels zoals deze, waarin gasreuzenplaneten dicht bij hun moederster draaien, heel andere kenmerken kunnen hebben dan ons zonnestelsel.
Gemeten transmissiespectrum van WASP-17b van JWST MIRI. De paarse lijn toont de gemodelleerde kwartswolken en de gele lijn laat zien hoe het er zonder kwartswolken uit zou zien.
NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), gegevens en modellen: Grant et al. 2023, Astrophysical Journal Letters.
De fijne kwartskristallen in de atmosfeer van WASP-17b, die slechts een miljoenste centimeter groot zijn, kunnen ons helpen meer informatie te ontrafelen over deze exoplaneet en de aard van zijn atmosfeer. In potentie kunnen ze ons een gedetailleerd inzicht geven in de chemie van de planeet.
We hebben eerder silicaten waargenomen in de atmosferen van sterren, astronomische objecten die bruine dwergen worden genoemd en jonge reuzenexoplaneten. Deze zijn echter vaak in de vorm van magnesiumsilicaat en niet puur silica. Siliciumdioxide kan vele vormen aannemen, afhankelijk van de extra materiaalatomen die het vervuilen, waardoor de eigenschappen licht veranderen.
In plaats daarvan zien we op WASP-17b de waarschijnlijke bouwstenen van silicaten in de vorm van kleine “zaaddeeltjes” van puur siliciumdioxide die het licht absorberen en verstrooien, wat een piek in onze metingen veroorzaakt.
We combineerden deze metingen met die van de Hubble-ruimtetelescoop, die de planeet niet op infrarode maar op optische golflengten heeft gemeten. Toen we de gegevens in computermodellen stopten, vertelden die ons dat de atmosferische deeltjes slechts nanometers in doorsnee zijn, 10.000 keer kleiner dan de breedte van een menselijke haar.
Het feit dat silicaten overal in het heelal voorkomen, suggereert dat ze in de een of andere vorm in alle exoplaneten aanwezig zouden moeten zijn, maar in de exoplaneten die met de huidige instrumenten het gemakkelijkst te onderzoeken zijn, zijn ze tot nu toe aan onze waarneming ontsnapt.
Hoewel exoplaneten tot de verbeelding spreken van zowel wetenschappers als het publiek, kan slechts een fractie van de ongeveer 5500 exoplaneten die nu bekend zijn in detail worden onderzocht. Maar geavanceerde telescopen zoals de JWST stellen ons in staat om meer dan ooit te weten te komen over werelden die tientallen, honderden en duizenden lichtjaren van ons verwijderd zijn.
Hannah Wakeford is universitair hoofddocent aan de Universiteit van Bristol en ontvangt financiering van UK Research and Innovation (UKRI) in het kader van de financieringsgarantie Horizon Europe van de Britse overheid, voorheen ERC Starting Grant (subsidienummer EP/Y006313/1).
HRW erkent de aanzienlijke schade die is toegebracht aan leden van de LGBTQIA+-gemeenschap in het Ministerie van Buitenlandse Zaken en de Nasa, onder het leiderschap van James Webb als respectievelijk staatssecretaris en Nasa-beheerder.
