Eerste 3D-kaart van exoplaneet toont hitte die zo extreem is dat zelfs water uit elkaar scheurt

Voor het eerst hebben astronomen een 3D-temperatuurkaart gemaakt van een planeet buiten ons zonnestelsel. De gasreus WASP-18b blijkt zo heet dat water er letterlijk uit elkaar valt. Dankzij de ruimtetelescoop James Webb konden onderzoekers dat nu in detail zien.

De temperatuurkaart van WASP-18b, een planeet die zich op een afstand van 400 lichtjaar van de aarde bevindt, is gemaakt met een nieuwe techniek genaamd 3D-eclipskartering. Bij deze methode wordt gebruikgemaakt van de extreem gevoelige waarnemingen van de ruimtetelescoop James Webb om planeten buiten ons zonnestelsel in beeld te brengen die normaal gesproken onzichtbaar blijven.

“Eclipskartering stelt ons in staat om exoplaneten af te beelden die we niet direct kunnen zien, omdat hun moedersterren te helder zijn”, zegt Ryan Challener, hoofdauteur van de studie, in een persbericht. “Met deze telescoop en deze nieuwe techniek kunnen we exoplaneten gaan begrijpen op dezelfde manier als onze buren in ons zonnestelsel.”

Het onderzoek bouwt voort op een 2D-model dat Challener en zijn team in 2023 toonden. Met het nieuwe model kunnen de wetenschappers voor het eerst variaties in de atmosfeer in kaart brengen. De nieuwe methode is volgens de onderzoekers vergelijkbaar met hoe observatoria op aarde in het verleden structuren zoals de Grote Rode Vlek op Jupiter ontdekten.

Exoplaneten bekijken is niet eenvoudig

Dit verwezenlijken was niet eenvoudig. Exoplaneten zijn moeilijk zichtbaar omdat hun moederster veel feller is dan zij. Bij eclipskartering moet het verschil tussen het licht van de ster en de planeet worden gemeten terwijl de planeet achter de ster verdwijnt en weer tevoorschijn komt. Door dat verschil extreem nauwkeurig te meten, kan een helderheidskaart in drie dimensies worden gemaakt. “Je zoekt naar veranderingen in minuscule stukjes van de planeet terwijl ze verdwijnen en weer in beeld komen”, vat Challener samen, “dus het is buitengewoon uitdagend.”WASP-18b bleek een ideale testcase

voor de nieuwe techniek. De planeet heeft ongeveer de massa van tien Jupiters en wordt daarom een ultrahete Jupiter genoemd. Met temperaturen van rond de 2.750 graden Celsius is het er snikheet. De planeet doet er slechts 23 uur over om rond zijn ster te draaien. Al deze factoren samen maken het makkelijker om deze planeet te meten dan kleinere of koelere planeten.

Elke golflengte toont een laag

De eerdere 2D-kaart gebruikte slechts één golflengte van licht. De nieuwe 3D-kaart maakt dezelfde waarnemingen in veel verschillende golflengten. Elke kleur toont een nieuwe laag in de atmosfeer van WASP-18b. “Als je een kaart maakt bij een golflengte die water absorbeert, zie je de waterlaag in de atmosfeer, terwijl een golflengte die water niet absorbeert dieper zal doordringen”, legt Challener uit in het persbericht. “Als je die samenvoegt, krijg je een 3D-kaart van de temperaturen in deze atmosfeer.”

Zo heet dat water afbreekt

De nieuwe kaart bevestigt dat WASP-18b opvallend verschillende gebieden heeft aan zijn permanente dagzijde. De planeet is altijd met dezelfde kant naar zijn ster gericht, net als de maan naar de aarde. In het midden bevindt zich een cirkelvormige regio waar het continue sterrenlicht zeer intens is. In deze regio blijkt minder waterdamp aanwezig te zijn dan gemiddeld op WASP-18b. “We denken dat dit bewijs is dat de planeet in deze regio zo heet is dat het water begint af te breken”, zegt Challener. Dat was voorspeld door theoretische modellen maar werd tot nu toe nog nooit waargenomen.

Toepasbaar op veel andere planeten

“Deze nieuwe techniek zal toepasbaar zijn op vele, vele andere planeten die we kunnen waarnemen met de ruimtetelescoop James Webb”, zegt Challener. “We kunnen exoplaneten als populatie in 3D gaan begrijpen, wat heel spannend is.” Extra waarnemingen met James Webb zouden de resolutie van toekomstige 3D-eclipskaarten bovendien verder kunnen verbeteren.

Het onderzoek kent wel beperkingen. De techniek werkt alleen voor planeten die vanuit ons gezichtspunt achter hun ster langs bewegen en vereist extreem nauwkeurige metingen. De resolutie blijft bovendien beperkt vergeleken met directe beelden van planeten in ons eigen zonnestelsel.