‘Natte lavabol’: walgelijk hete exoplaneet heeft dampende verrassing in petto

Een gloeiend hete rotsplaneet ver buiten ons zonnestelsel blijkt een flinke atmosfeer te hebben. Dat ontdekten astronomen met NASA’s James Webb-ruimtetelescoop. De vondst zet onze ideeën over kleine, kokende werelden op zijn kop.

Hij draait in minder dan elf uur rond zijn ster en het is er zo heet dat gesteente permanent vloeibaar blijft: maak kennis met TOI-561 b, een ‘ultra-short period-superaarde’ op zo’n 280 lichtjaar van ons vandaan. Het bijzondere is dat deze wereld omhuld lijkt door een dikke atmosfeer. Iets wat volgens gangbare theorieën eigenlijk niet kan.

Een luchtdeken boven een oceaan van lava

Onderzoekers van de University of Birmingham, Carnegie Science en de Rijksuniversiteit Groningen schrijven dat de planeet is bedekt met een “dikke deken van gassen” boven een magmavlakte die de hele exoplaneet bestrijkt. Dat verklaart meteen waarom TOI-561 b een opvallend lage dichtheid heeft, vergeleken met andere rotsachtige planeten.

“Na analyse van de nieuwe data kunnen we geen andere conclusie trekken dan dat deze superaarde een dichte atmosfeer heeft, rijk aan vluchtige stoffen”, zegt onderzoeker Anjali Piette van de University of Birmingham. “Het lijkt er sterk op dat krachtige winden de hitte van de bloedhete dagzijde naar de nachtzijde blazen. Ondertussen blokkeren gassen zoals waterdamp een deel van het infraroodlicht dat vanaf het oppervlak omhoog komt. Daardoor lijkt de planeet wat af te koelen, al kan het ook zijn dat grote wolken van silicaatstof, een soort exotische zandwolken, het licht van de ster reflecteren en de atmosfeer verder afkoelen.”

Vreemde eend in de bijt

Met een straal die 1,4 keer zo groot is als die van de aarde, maar een veel lagere dichtheid, moeten de interne verhoudingen van TOI-561 b totaal anders zijn dan bij ons. Misschien heeft de rotsplaneet een kleinere ijzerkern of lichter gesteente, maar zelfs dat verklaart niet alles. “Wat deze planeet echt uniek maakt, is hoe licht hij is”, zegt hoofdonderzoeker Johanna Teske van Carnegie Science. “Veel minder dicht dan je zou verwachten. Hij heeft duidelijk een andere samenstelling dan de Aarde.”

En alsof dat nog niet bijzonder genoeg is: de planeet draait ook nog eens om een extreem oude, ijzerarme ster – meer dan twee keer zo oud als onze zon – in een gebied van de Melkweg dat we de dikke schijf noemen. Dit is een ouder, dikker en minder plat deel van onze galactische schijf, gevuld met oudere sterren, die ontstond door de inslag van een ander sterrenstelsel (Gaia-Enceladus) zo’n 10 miljard jaar geleden. “Deze wereld moet zijn ontstaan in een compleet andere chemische omgeving dan de planeten in ons eigen zonnestelsel”, legt Teske uit. Het lijkt een soort tijdcapsule met informatie over de jonge dagen van het heelal.

Webb meet de warmte van de planeet

Om te testen of TOI-561 b inderdaad een atmosfeer heeft, keek het team naar de hitte van de dagzijde met Webbs NIRSpec-instrument. Als de planeet een kale, atmosfeerloze rots zou zijn, zou het oppervlak richting de 2700 graden Celsius moeten gaan. Maar Webb mat een temperatuur van slechts 1800 graden Celsius. Nog steeds gruwelijk heet, maar veel koeler dan verwacht voor een naakte lavabol. Een magma-oceaan die warmte rondpompt is niet genoeg reden voor het relatief frisse oppervlak. Ook een dun laagje rotsdamp boven het magma kan niet zoveel effect hebben. Alleen met een serieuze atmosfeer vol vluchtige stoffen zijn de gemeten waarden te verklaren.

Een mysterieuze, natte lavabol

Maar hoe blijft die atmosfeer überhaupt bestaan? TOI-561 b wordt al miljarden jaren geroosterd door intense straling. Normaal gesproken zou een kleine planeet zo’n atmosfeer al lang hebben verloren. “Waarschijnlijk bestaat er een soort evenwicht tussen de magma-oceaan en de atmosfeer”, vertelt onderzoeker Tim Lichtenberg van de Rijksuniversiteit Groningen.

“Terwijl gassen uit het binnenste omhoog borrelen en de atmosfeer voeden, slurpt het magma andere gassen weer terug naar binnen. Deze planeet moet veel rijker zijn aan vluchtige stoffen dan de Aarde. Het is anders niet mogelijk om dit evenwicht in stand te houden. Het is echt een soort natte lavabol.”