Hubble onderzoekt extreem zomerweer op ultrahete Jupiters

Bij het bestuderen van een unieke klasse van ultra-hete exoplaneten, zijn NASA’s Hubble Space Telescope (*) - astronomen misschien in de stemming om te dansen op het Calypso-feestlied "Hot, Hot, Hot". Dat komt omdat deze opgeblazen werelden ter grootte van Jupiter zo gevaarlijk dicht bij hun moederster staan ​​dat ze worden geroosterd bij kokende temperaturen boven de 1700 graden Celsius. Dat is heet genoeg om de meeste metalen te verdampen, inclusief titanium. Ze hebben de heetste planetaire atmosferen ooit gezien.

In twee nieuwe artikelen rapporteren teams van Hubble-astronomen over bizarre weersomstandigheden op deze zinderende werelden. Het regent verdampte rots op de ene planeet, en een andere heeft zijn bovenste atmosfeer die heter wordt in plaats van koeler omdat het wordt "verbrand" door intense ultraviolette (UV) straling van zijn ster.

Dit onderzoek gaat verder dan alleen het vinden van rare en eigenzinnige planeetatmosferen. Het bestuderen van extreem weer geeft astronomen een beter inzicht in de diversiteit, complexiteit en exotische chemie die plaatsvindt in verafgelegen werelden in onze melkweg.

"We hebben nog steeds geen goed begrip van het weer in verschillende planetaire omgevingen", zegt David Sing van de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, co-auteur van twee onderzoeken die worden gerapporteerd.

“Als je naar de aarde kijkt, zijn al onze weersvoorspellingen nog steeds nauwkeurig afgestemd op wat we kunnen meten. Maar als je naar een verre exoplaneet gaat, heb je beperkte voorspellende krachten omdat je geen algemene theorie hebt opgebouwd over hoe alles in een atmosfeer samengaat en reageert op extreme omstandigheden. Ook al ken je de basis scheikunde en natuurkunde, je weet niet hoe het zich op complexe manieren gaat manifesteren.”

Bij de foto: Illustratie van KELT-20b. Afbeelding:NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

In een artikel in het tijdschrift Nature van 7 april beschrijven astronomen Hubble-waarnemingen van WASP-178b, op ongeveer 1300 lichtjaar afstand. Overdag is de atmosfeer onbewolkt en verrijkt met siliciummonoxidegas. Omdat de ene kant van de planeet permanent naar zijn ster is gericht, zweept de verzengende atmosfeer naar de nachtelijke kant met superorkaansnelheden van meer dan 3200 kilometer per uur.

Aan de donkere kant kan het siliciummonoxide voldoende afkoelen om te condenseren tot gesteente dat uit de wolken regent, maar zelfs bij zonsopgang en zonsondergang is de planeet heet genoeg om gesteente te verdampen. "We wisten dat we iets heel interessants hadden gezien met deze siliciummonoxide-eigenschap", zegt Josh Lothringer van de Utah Valley University in Orem, Utah.

In een artikel gepubliceerd in het 24 januari nummer van Astrophysical Journal Letters, rapporteerde Guangwei Fu van de Universiteit van Maryland, College Park, over een superhete Jupiter, KELT-20b, op ongeveer 400 lichtjaar afstand. Op deze planeet creëert een explosie van ultraviolet licht van zijn moederster een thermische laag in de atmosfeer, vergelijkbaar met de stratosfeer van de aarde. “Tot nu toe wisten we nooit hoe de gastster de atmosfeer van een planeet rechtstreeks beïnvloedde. Er zijn veel theorieën geweest, maar nu hebben we de eerste waarnemingsgegevens', zei Fu.

Ter vergelijking: op aarde absorbeert ozon in de atmosfeer UV-licht en verhoogt het de temperatuur in een laag tussen 11 en 50 kilometer boven het aardoppervlak. Op de KELT-20b verwarmt de UV-straling van de ster metalen in de atmosfeer, wat zorgt voor een zeer sterke thermische inversielaag.

Het bewijs kwam van de detectie van water door Hubble in nabij-infraroodwaarnemingen en van de detectie van koolmonoxide door NASA's Spitzer Space Telescope. Ze stralen door de hete, transparante bovenste atmosfeer die wordt geproduceerd door de inversielaag.

Deze signatuur is uniek ten opzichte van wat astronomen zien in de atmosferen van hete Jupiters die om koelere sterren draaien, zoals onze zon. "Het emissiespectrum van de KELT-20b is heel anders dan die van andere hete Jupiters", zegt Fu. "Dit is overtuigend bewijs dat planeten niet geïsoleerd leven, maar worden beïnvloed door hun gastheerster."

Hoewel superhete Jupiters onbewoonbaar zijn, helpt dit soort onderzoek de weg vrij te maken voor een beter begrip van de atmosferen van potentieel bewoonbare terrestrische planeten.

"Als we er niet achter kunnen komen wat er gebeurt op superhete Jupiters waar we betrouwbare solide waarnemingsgegevens hebben, krijgen we geen kans om erachter te komen wat er gebeurt in zwakkere spectra door het observeren van terrestrische exoplaneten", zei Lothringer. "Dit is een test van onze technieken waarmee we een algemeen begrip kunnen opbouwen van fysieke eigenschappen zoals wolkenvorming en atmosferische structuur."

Bron: NASA
Vetaler: Jan Vyvey
 

(*) De Hubble Space Telescope is een project van internationale samenwerking tussen NASA (National Aeronautics and Space Administration) en ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert Hubble-wetenschappelijke operaties uit. STScI wordt voor NASA beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.